本發(fā)明屬于面齒輪油膜測量，具體是涉及到一種面齒輪油膜厚度測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、面齒輪已廣泛應(yīng)用于直升機主減速傳動系統(tǒng)的分扭構(gòu)型方案中，相比于螺旋錐齒輪機構(gòu)，能減重40％左右，其承載能力、振動和噪聲性能得到顯著改善。由于工作負載大、轉(zhuǎn)速高，發(fā)熱量大且散熱條件差，面齒輪常常運行于混合潤滑狀態(tài)極易由于齒面潤滑不良發(fā)生齒面膠合、磨損以及接觸疲勞損失。油膜厚度是用來評價齒輪齒面摩擦接觸區(qū)域潤滑性能的重要參數(shù)。相比較充分潤滑時兩接觸面被潤滑油膜完全隔開，混合潤滑表面的部分粗糙峰出現(xiàn)直接接觸。因此，接觸齒面存在較大的摩擦力和極高的閃現(xiàn)溫度。如何準確地測量面齒輪的動態(tài)油膜厚度成為亟待解決的難題。

2、常見的油膜厚度測量方法主要包括電阻法、電容法、超聲波法和光學干涉法等。其中電阻電容法測量精度較低，傳統(tǒng)光干涉法測量環(huán)境較為苛刻，需要良好的透光環(huán)境，在齒輪嚙合過程中難以實現(xiàn)。超聲波測量技術(shù)利用超聲波在不同介質(zhì)界面反射和透射的特性，通過分析反射波的頻率和速度變化，并結(jié)合介質(zhì)材料的聲阻抗和密度，能夠精確計算出油膜厚度，兼具非接觸、高精度等優(yōu)點。

3、然而，由于面齒輪副的齒面具有獨特且復(fù)雜的幾何形狀和嚙合點分布，傳統(tǒng)基于超聲波的油膜厚度測量裝置應(yīng)用于面齒輪副結(jié)構(gòu)時難以適用，油膜厚度測量精度較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種面齒輪油膜厚度測量裝置及方法，以提高面齒輪油膜厚度測量的精度。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種面齒輪油膜厚度測量裝置，該面齒輪油膜厚度測量裝置包括固定面齒輪、直齒輪、超聲波探頭以及光纖光柵陣列傳感器；

3、固定面齒輪的齒面與直齒輪的齒面嚙合，固定面齒輪上設(shè)置有垂直于嚙合面的盲孔，盲孔的開口位于固定面齒輪的背面，超聲波探頭嵌入盲孔，超聲波探頭與盲孔的內(nèi)壁緊密貼合，且超聲波探頭與盲孔的底部之間存在空腔，固定面齒輪固定設(shè)置于直齒輪的上方，且固定面齒輪與直齒輪之間采用垂直齒輪傳動連接；

4、光纖光柵陣列傳感器固定設(shè)置在固定面齒輪與直齒輪的嚙合面對應(yīng)的齒槽內(nèi)。

5、可選的，固定面齒輪和直齒輪的材料為不銹鋼。

6、可選的，超聲波探頭發(fā)射束角控制在15°以內(nèi)。

7、可選的，空腔的深度為3mm。

8、可選的，空腔的底部到嚙合面的距離為超聲波探頭發(fā)射的超聲波波長的

9、可選的，空腔的內(nèi)徑小于5mm。

10、第二方面，本發(fā)明提供一種齒輪油膜厚度測量方法，應(yīng)用于上述的面齒輪油膜厚度測量裝置，該方法包括：

11、獲取固定面齒輪的嚙合面與空腔底部之間的鋼層厚度；

12、控制超聲波探頭發(fā)送超聲波，并根據(jù)鋼層厚度和超聲波探頭接收到的反射波的頻率和速度，計算固定面齒輪與直齒輪的嚙合面的原始油膜厚度；

13、利用光纖光柵陣列傳感器獲取嚙合面的溫度和應(yīng)變；

14、將原始油膜厚度、溫度及應(yīng)變輸入預(yù)先訓練的用于預(yù)測油膜厚度的油膜厚度預(yù)測模型，得到嚙合面的油膜厚度預(yù)測值。

15、可選的，油膜厚度預(yù)測模型用于根據(jù)溫度和應(yīng)變，對原始油膜厚度進行修正，得到油膜厚度預(yù)測值。

16、可選的，油膜厚度預(yù)測模型為多層感知器模型。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明提供的面齒輪油膜厚度測量裝置，包括固定面齒輪、直齒輪、超聲波探頭以及光纖光柵陣列傳感器，其中，固定面齒輪、直齒輪之間相互嚙合并采用垂直齒輪傳動連接，在固定面齒輪背部垂直于嚙合面還開設(shè)有放置超聲波探頭的盲孔，一方面，內(nèi)嵌在盲孔的超聲波探頭能夠在不影響齒輪嚙合轉(zhuǎn)動的情況下，近距離探測嚙合面上的油膜厚度，有利于提升油膜厚度測量的精度；另一方面，位于嚙合面對應(yīng)的齒槽內(nèi)的光纖光柵陣列傳感器還能夠同步監(jiān)測嚙合面上的溫度和應(yīng)力，可從溫度、應(yīng)力、超聲波三者的協(xié)同角度對嚙合面的油膜厚度進行測量，有利于提高油膜厚度測量的精度。

技術(shù)特征：

1.一種面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，包括固定面齒輪、直齒輪、超聲波探頭以及光纖光柵陣列傳感器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述固定面齒輪和所述直齒輪的材料為不銹鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述超聲波探頭發(fā)射束角控制在15°以內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述空腔的深度為3mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述光纖光柵陣列傳感器與所述直齒輪的齒輪不發(fā)生接觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述空腔的底部到所述嚙合面的距離為所述超聲波探頭發(fā)射的超聲波波長的

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，其特征在于，所述空腔的內(nèi)徑小于5mm。

8.一種齒輪油膜厚度測量方法，其特征在于，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至7任一項所述的面齒輪油膜厚度測量裝置，所述方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的齒輪油膜厚度測量方法，其特征在于，所述油膜厚度預(yù)測模型用于根據(jù)所述溫度和所述應(yīng)變，對所述原始油膜厚度進行修正，得到所述油膜厚度預(yù)測值。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的齒輪油膜厚度測量方法，其特征在于，所述油膜厚度預(yù)測模型為多層感知器模型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于面齒輪油膜測量技術(shù)領(lǐng)域，提供一種面齒輪油膜厚度測量裝置及方法，該裝置包括固定面齒輪、直齒輪、超聲波探頭以及光纖光柵陣列傳感器，其中，固定面齒輪、直齒輪之間相互嚙合并采用垂直齒輪傳動連接，在固定面齒輪背部垂直于嚙合面還開設(shè)有放置超聲波探頭的盲孔，一方面，內(nèi)嵌在盲孔的超聲波探頭能夠在不影響齒輪嚙合轉(zhuǎn)動的情況下，近距離探測嚙合面上的油膜厚度，有利于提升油膜厚度測量的精度；另一方面，位于嚙合面對應(yīng)的齒槽內(nèi)的光纖光柵陣列傳感器還能夠同步監(jiān)測嚙合面上的溫度和應(yīng)力，可從溫度、應(yīng)力、超聲波三者的協(xié)同角度對嚙合面的油膜厚度進行測量，有利于提高油膜厚度測量的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：戴瑜,張晏仰,朱湘,陳俊達,余成
受保護的技術(shù)使用者：中南大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6