一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统及方法，本检测系统包括一台磁力矩电机动力装置、两套DIC设备和一台主机；两套DIC设备与一对齿轮一一对应；DIC设备设置在齿轮的侧面，其包括DIC数字相机组件和平面镜组件，DIC数字相机组件通过平面镜组件的反射拍摄到与之对应的齿轮齿根处的散斑图像，DIC数字相机组件与主机通信连接，DIC数字相机组件拍摄到的散斑图像传输至主机进行处理；磁力矩电机动力装置与其中一个齿轮连接，用于向一对齿轮提供负载。本系统及方法是非接触式测量，数据采集过程简单，可以用在难以检测或接触式测量设备无法安装的地方。方。方。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及齿轮测量
，具体地讲，涉及一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统及方法。

技术介绍

[0002]当载荷作用于齿轮时，由于齿轮材料刚度较大，可将轮齿视为悬臂梁，在齿根处引起最大应力，即弯曲应力。齿轮需要校核齿根疲劳弯曲强度，特别是齿面硬度高、齿芯强度低或齿轮材料较脆的齿轮若未经校核，在突然过载、或因为齿根过渡截面突变及加工刀痕引起的应力集中，在反复受载后就会发生轮齿折断。目前常用的齿轮弯曲疲劳试验有两种方法：一种是将试验齿轮副安装在齿轮试验机上进行负荷运转试验；另一种是在脉动疲劳试验机上利用专门的夹具对试验齿轮的齿轮进行脉动加载，直至齿轮出现弯曲疲劳失效。
[0003]数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DIC)是一种非接触式光学测量方法，用于全场形状、变形、运动测量。DIC检测将物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人为产生的散斑场作为变形信息载体，相比于常规的接触式测量，DIC检测不会因为接触使得测量结果因被测对象的受力与变形状态而受影响，只需要一次图像采集即可通过计算获得位移与应变，而且数据的采集过程更加简单。测量精度高、对检测环境的要求不严格、可以实现自动化、操作简单等特点使得DIC检测成为一种可靠的新型实验力学方法。
[0004]目前位移与应变测量主要分为接触式测量测量与非接触式测量。应用于齿轮的接触式测量方式有应变片测量与上文提到的齿轮弯曲疲劳试验。应变片测量主流测量齿轮位移与应变方法主要有两种：一种是在齿轮侧面贴应变片，例如授权公告号为CN104266836B的专利技术专利：齿轮齿根弯曲疲劳耐久性测试方法及测试装置，该专利中就是采用在齿根处贴应变片来进行弯曲疲劳耐久性测试，由于齿根处应力分布是不均匀的，所以测量结果并不准确；另一种是在齿根面打孔嵌入应变片，该方法虽然可以测到齿根面处的位移与应变，但在齿根面处打孔会降低轮齿结构强度，所以检测结果也不准确。齿轮弯曲疲劳试验操作复杂，负荷运转实验受到传动装置影响检测结果与齿根处弯曲应力应变存在误差，脉动疲劳试验机主要检测齿轮的极限弯曲疲劳数据。
[0005]综上所述，因此有必要设计一种操作简单、测量精度高的基于DIC技术的齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，操作简单、测量精度高的基于DIC技术的齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，并给出其检测方法。
[0007]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过
程中齿根弯曲应力检测系统，用于对一对齿轮啮合过程中齿根处的弯曲应力进行实时检测，一对相互啮合的齿轮由电机进行驱动，齿轮的齿根处喷涂散斑，其特征在于：本检测系统包括一台磁力矩电机动力装置、两套DIC设备和一台主机；所述两套DIC设备与一对齿轮一一对应；所述DIC设备设置在齿轮的侧面，其包括DIC数字相机组件和平面镜组件，所述DIC数字相机组件通过平面镜组件的反射拍摄到与之对应的齿轮齿根处的散斑图像，所述DIC数字相机组件与主机通信连接，DIC数字相机组件拍摄到的散斑图像传输至主机进行处理；所述磁力矩电机动力装置与其中一个齿轮连接，用于向一对齿轮提供负载。
[0008]优选的，一对齿轮分别安装在两根平行布置的齿轮轴上，其中一根齿轮轴通过联轴器与电机连接，另一根齿轮轴与磁力矩电机动力装置连接。
[0009]优选的，本检测系统还包括两个光电编码器，两个光电编码器分别安装在两根齿轮轴上；光电编码器与主机通信连接。
[0010]优选的，在每套DIC设备中，DIC数字相机组件安装在一个一号夹板组件的端部，平面镜组件安装在一个二号夹板组件的端部，DIC数字相机组件和平面镜组件位于相同端；所述一号夹板组件和二号夹板组件均夹持式地安装在齿轮轴上，与齿轮轴同步转动。
[0011]优选的，所述DIC数字相机组件包括DIC数字相机、相机安装平台、相机平移用伸缩杆和一号基座；所述一号基座固定安装在一号夹板组件的端部，所述相机平移用伸缩杆在动力驱动下能绕其自身轴线进行旋转地安装在一号基座上，所述相机安装平台固定在相机平移用伸缩杆的端部，所述DIC数字相机通过一根竖向布置的转轴从而设置在相机安装平台上。
[0012]优选的，所述平面镜组件包括平面镜、平面镜平移用伸缩杆和二号基座，所述二号基座固定安装在二号夹板组件的端部，所述平面镜平移用伸缩杆的一端与二号基座连接，平面镜平移用伸缩杆的另一端通过球头连接结构与平面镜连接。
[0013]优选的，所述一号夹板组件的另一端部安装有配重块，所述配重块与DIC数字相机组件使一号夹板组件两端保持平衡地安装在齿轮轴上；所述二号夹板组件的另一端部安装有仅起配重作用的平面镜组件，两个平面镜组件使二号夹板组件两端保持平衡地安装在齿轮轴上。
[0014]优选的，所述磁力矩电机动力装置包括磁力矩电机、单向轴承和磁力矩电机固定基座，所述磁力矩电机安装在磁力矩电机固定基座上，所述齿轮轴通过单向轴承与磁力矩电机的输出轴连接。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种基于DIC的齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测方法，采用上述的系统进行实施，其特征在于：步骤如下：
[0016]1)在两个齿轮的齿根处喷涂散斑，将两个齿轮分别装配到齿轮轴上，然后安装DIC设备、光电编码器，最后将磁力矩电机动力装置与一根齿轮轴连接，将电机与另一根齿轮轴连接，调节DIC数字相机与平面镜角度，使DIC数字相机可以拍摄到标记一侧的全部齿根面，调整配重块使系统平衡；
[0017]2)齿轮啮合过程中，DIC数字相机对与之对应的齿轮的齿根位置的散斑图像进行拍照记录，在不同载荷下重复散斑图像的采集过程，直至试验结束；
[0018]3)使用主机进行散斑图像计算，在图像中建立OXY坐标系，以像素点为坐标，运用迭代算法得到齿根处的节点信息(x
i
,y
j
)和位移(u
x
,u
y
)，齿根危险截面位置基于30
°
切线法
获得；
[0019]4)基于步骤3)的节点信息建立计算模型，将位移场输入计算模型中，基于Galerkin法计算获得齿轮弯曲应变与应力。
[0020]优选的，步骤3)中，迭代算法包括整像素搜索与亚像素搜索。
[0021]优选的，步骤2)中DIC数字相机对齿轮齿根位置的散斑图像进行拍照记录的步骤为：
[0022]首先，通过光电编码器获得齿轮转动角度信息，反馈并处理得到轮齿接触点在齿廓公法线上的位置信息，根据主机读取的接触点位置信息，当两个齿轮旋转啮合至喷涂散斑的齿根处前一对齿廓啮合至渐开线齿廓公法线上的C点时，DIC数字相机开始拍照，此时等待喷涂散斑的齿根前一对轮齿啮合；然后，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，用于对一对齿轮啮合过程中齿根处的弯曲应力进行实时检测，一对相互啮合的齿轮由电机进行驱动，齿轮的齿根处喷涂散斑，其特征在于：本检测系统包括一台磁力矩电机动力装置、两套DIC设备和一台主机；所述两套DIC设备与一对齿轮一一对应；所述DIC设备设置在齿轮的侧面，其包括DIC数字相机组件和平面镜组件，所述DIC数字相机组件通过平面镜组件的反射拍摄到与之对应的齿轮齿根处的散斑图像，所述DIC数字相机组件与主机通信连接，DIC数字相机组件拍摄到的散斑图像传输至主机进行处理；所述磁力矩电机动力装置与其中一个齿轮连接，用于向一对齿轮提供负载。2.根据权利要求1所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：一对齿轮分别安装在两根平行布置的齿轮轴上，其中一根齿轮轴通过联轴器与电机连接，另一根齿轮轴与磁力矩电机动力装置连接。3.根据权利要求2所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：本检测系统还包括两个光电编码器，两个光电编码器分别安装在两根齿轮轴上；光电编码器与主机通信连接。4.根据权利要求2所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：在每套DIC设备中，DIC数字相机组件安装在一个一号夹板组件的端部，平面镜组件安装在一个二号夹板组件的端部，DIC数字相机组件和平面镜组件位于相同端；所述一号夹板组件和二号夹板组件均夹持式地安装在齿轮轴上，与齿轮轴同步转动。5.根据权利要求4所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：所述DIC数字相机组件包括DIC数字相机、相机安装平台、相机平移用伸缩杆和一号基座；所述一号基座固定安装在一号夹板组件的端部，所述相机平移用伸缩杆在动力驱动下能绕其自身轴线进行旋转地安装在一号基座上，所述相机安装平台固定在相机平移用伸缩杆的端部，所述DIC数字相机通过一根竖向布置的转轴从而设置在相机安装平台上。6.根据权利要求4所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：所述平面镜组件包括平面镜、平面镜平移用伸缩杆和二号基座，所述二号基座固定安装在二号夹板组件的端部，所述平面镜平移用伸缩杆的一端与二号基座连接，平面镜平移用伸缩杆的另一端通过球头连接结构与平面镜连接。7.根据权利要求4所述的基于DIC的RV减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测系统，其特征在于：所述一号夹板组件的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：房玺正，娄军强，李国平，崔玉国，柳丽，罗利敏，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：