一种驱动轴总成花键啮合间隙检测方法及系统与流程

本技术涉及机械部件检测，更具体地说，它涉及一种驱动轴总成花键啮合间隙检测方法及系统。

背景技术：

1、驱动轴总成是车辆传动系统中的重要部件，其端部通常通过外花键与轮毂、差速器侧齿轮或其他连接部件的内花键啮合，以实现转矩传递。花键配合间隙直接影响总成的装配质量及传动性能，间隙过大时容易在起步、换向及载荷变化过程中产生冲击、回程、振动和异响，间隙过小或存在局部干涉时又可能造成装配困难、插拔力增大及异常磨损。因此，对装配状态下的驱动轴总成花键啮合间隙进行准确检测具有重要意义。

2、现有检测方式包括依据内外花键单件尺寸间接计算间隙、采用通止规进行尺寸判定、人工推拉结合百分表或位移传感器测量，以及在轴向加载条件下采集力—位移数据并据此判断花键配合状态。其中，尺寸计算和通止规检测难以反映总成装配后的实际接触状态；人工检测受施力方式和读数影响较大。轴向加载式检测虽然便于实现在线自动化，但检测过程中获取的力和位移并非仅由花键啮合间隙决定。

3、然而，在轴向加载过程中，驱动轴轴杆、连接件、夹具及检测机构可能产生弹性变形；花键齿面摩擦、润滑状态及检测速度会改变力位移响应；端部卡簧在压缩、越障或入槽时可能形成局部载荷突变；驱动轴与配合件之间存在径向偏心或轴线倾斜时，还可能造成部分齿面提前接触或局部卡滞。上述因素与花键间隙引起的轴向响应相互耦合，使同一几何配合状态在不同装配姿态、速度或摩擦条件下呈现不同的检测曲线。

4、因此，现有驱动轴总成花键间隙检测技术的主要问题在于：难以从包含结构变形、摩擦及速度效应、卡簧作用和姿态异常等影响的轴向力位移数据中，稳定识别能够真实表征花键连接结构轴向自由位移范围的有效边界，并据此获得具有较好准确性和重复性的总成状态花键啮合间隙；在异常接触或测量条件不满足要求时，检测结果还容易失真，从而影响在线质量判定的可靠性。

技术实现思路

1、本技术的目的就在于为了解决现有驱动轴总成花键啮合间隙检测过程中，结构弹性变形、摩擦及速度效应、卡簧作用以及装配姿态变化等因素与花键间隙检测信号相互耦合，导致花键轴向等效装配游隙难以准确识别，进而影响检测结果准确性、重复性及可靠性的问题，而提供一种驱动轴总成花键啮合间隙检测方法及系统。

2、本技术提供了一种驱动轴总成花键啮合间隙检测方法，包括以下步骤：

3、将外花键插入内花键至预设啮合位置，识别卡簧作用位置区间，并确定轴向微加载峰值以及与所述卡簧作用位置区间分离的微加载位置窗口；

4、建立近端差分测量基准，在所述微加载位置窗口内以所述轴向微加载峰值，由不同的检测速度分别执行正向微加载和反向微加载相互对称的微加载循环，基于近端差分测量基准采集各检测速度下的轴向力和近端差分位移坐标；

5、对各检测速度下的轴向力进行速度相关载荷修正和摩擦基线扣除得到修正支路载荷，根据所述修正支路载荷识别正向接触区和反向接触区并分别外推得到正向接触边界和反向接触边界，以正向接触边界与反向接触边界的近端差分位移坐标之差作为轴向等效装配游隙；

6、对轴向等效装配游隙进行有效性判断，形成测量有效性门控结果；

7、当测量有效性门控结果为有效时，对各次轴向等效装配游隙加权融合得到最终轴向等效装配游隙并输出。

8、进一步地，识别卡簧作用位置区间的方法包括：

9、以预设插入速度将外花键插入内花键，采集轴向力和轴向位置；

10、对轴向力信号进行平滑滤波，并按轴向位置重采样到等位移间隔；

11、根据滤波后轴向力对轴向位置的一阶变化率和二阶变化率构造无量纲载荷突变指标；

12、当无量纲载荷突变指标大于预设载荷突变指标阈值，且触发预设峰值宽度判据、预设峰后回落幅度判据和预设位移跨度判据时，将相应区段的轴向起始位置至轴向终止位置记录为卡簧作用位置区间。

13、进一步地，确定轴向微加载峰值和微加载位置窗口的方法包括：

14、根据当前传感器噪声水平确定力测量噪声及加载波动余量；

15、基于卡簧作用位置区间的卡簧越障峰值计算卡簧状态变化限制载荷；

16、以预设最大轴向摩擦力与力测量噪声及加载波动余量之和作为下限，以卡簧状态变化限制载荷和预设卡簧脱出限制载荷中的最小值作为上限，构成微加载安全载荷窗口；

17、在微加载安全载荷窗口内确定轴向微加载峰值；

18、基于预设啮合位置确定单向微加载最大位移；

19、以预设啮合位置为中心，沿两个相反轴向方向分别偏移单向微加载最大位移的位置作为微加载位置窗口的两个边界，且微加载位置窗口不包括卡簧作用位置区间。

20、进一步地，建立近端差分测量基准的方法包括：

21、在外花键侧近端刚性参考位置和内花键侧近端刚性参考位置分别设置采用相同坐标正方向的轴向位移检测单元；

22、在预设啮合位置执行预设预加载稳定化循环次数的正向微加载和反向微加载相互对称的微加载循环进行预加载稳定化；

23、预加载稳定化完成后基于轴向位移检测单元确定基准建立时刻；

24、在所述基准建立时刻，以外花键侧近端刚性参考位置位移减去内花键侧近端刚性参考位置位移得到初始近端差分值；

25、以外花键侧近端刚性参考位置、内花键侧近端刚性参考位置和初始近端差分值构成近端差分测量基准。

26、进一步地，采集轴向力和近端差分位移坐标的方法包括：

27、在每一检测速度下，从预设啮合位置沿第一轴向方向加载至正向峰值载荷并保持预设保持时长，再沿第二轴向方向加载至反向峰值载荷并保持相同的预设保持时长，最后返回初始载荷状态，所述正向峰值载荷和反向峰值载荷的绝对值均为轴向微加载峰值；

28、对于基准建立时刻之后的任一数据采样时刻，以外花键侧近端刚性参考位置位移减去内花键侧近端刚性参考位置位移，得到当前近端差分值；

29、以当前近端差分值减去初始近端差分值得到近端差分位移坐标，沿用同一近端差分测量基准采集各检测速度下的轴向力和近端差分位移坐标。

30、进一步地，得到修正支路载荷的方法包括：

31、对各检测速度下的每个数据点，基于采集所述检测速度下的轴向力计算得到所述检测速度下的修正载荷；

32、基于检测速度与修正载荷，计算得到准静态载荷估计值；

33、在连接结构仅承受摩擦载荷的自由微动区内，以局部刚度小于预设局部刚度阈值的连续数据点的准静态载荷估计值的中位数作为摩擦基线估计值；

34、以准静态载荷估计值减去摩擦基线估计值得到修正支路载荷。

35、进一步地，得到正向接触边界和反向接触边界的方法包括：

36、对修正支路载荷与近端差分位移坐标进行稳健拟合得到拟合直线，并确定拟合残差的残差稳健尺度；

37、当修正支路载荷绝对值大于预设最小接触载荷、修正支路载荷随近端差分位移坐标的变化方向一致，且残差稳健尺度小于或等于预设接触区拟合误差允许上限时，识别为稳定接触区，位于正向微加载支路和反向微加载支路的稳定接触区分别作为正向接触区和反向接触区；

38、将正向接触区和反向接触区的拟合直线分别外推至修正支路载荷为零，所得交点分别作为正向接触边界和反向接触边界。

39、进一步地，形成测量有效性门控结果的方法包括：

40、以正向接触区和反向接触区拟合直线斜率的绝对值分别作为正向接触等效刚度和反向接触等效刚度，基于正向接触等效刚度和反向接触等效刚度计算得到正反接触刚度不对称系数；

41、检测微加载过程中驱动轴端部的径向偏移量和驱动轴轴线倾斜量；

42、当正反接触刚度不对称系数、最大径向偏移量与最大驱动轴轴线倾斜量小于或等于对应预设上限，且正向接触等效刚度和反向接触等效刚度均大于或等于预设最小接触等效刚度，触发姿态有效条件；

43、执行多次微加载循环并判断是否触发重复性通过条件；

44、若触发姿态有效条件与重复性通过条件，将测量有效性门控结果为有效，否则为无效。

45、进一步地，在相同检测位置多次执行微加载循环，分别得到多次轴向等效装配游隙测量结果；

46、根据多次轴向等效装配游隙测量结果计算重复性极差、重复性稳健标准差、相对于允许公差带的重复性指标和重复性单调漂移量；

47、当重复性极差、重复性稳健标准差、相对于允许公差带的重复性指标和重复性单调漂移量都小于或等于预设允许上限时，触发重复性通过条件，并保留各次测量结果；

48、计算各次保留测量的轴向等效装配游隙的加权和，得到最终轴向等效装配游隙。

49、本技术提供了一种驱动轴总成花键啮合间隙检测系统，用于执行前述的一种驱动轴总成花键啮合间隙检测方法；所述系统包括：

50、位置区间模块，将外花键插入内花键至预设啮合位置，识别卡簧作用位置区间，并确定轴向微加载峰值以及与所述卡簧作用位置区间分离的微加载位置窗口；

51、加载循环模块，建立近端差分测量基准，在所述微加载位置窗口内以所述轴向微加载峰值，由不同的检测速度分别执行正向微加载和反向微加载相互对称的微加载循环，基于近端差分测量基准采集各检测速度下的轴向力和近端差分位移坐标；

52、等效装配模块，对各检测速度下的轴向力进行速度相关载荷修正和摩擦基线扣除得到修正支路载荷，根据所述修正支路载荷识别正向接触区和反向接触区并分别外推得到正向接触边界和反向接触边界，以正向接触边界与反向接触边界的近端差分位移坐标之差作为轴向等效装配游隙；

53、有效门控模块，对轴向等效装配游隙进行有效性判断，形成测量有效性门控结果；

54、游隙输出模块，当测量有效性门控结果为有效时，对各次轴向等效装配游隙加权融合得到最终轴向等效装配游隙并输出。

55、本技术的有益效果在于：本技术通过识别卡簧作用位置区间并在与其分离的微加载位置窗口内进行检测，降低卡簧压缩、越障等非花键间隙因素对检测结果的干扰；通过建立近端差分测量基准，并结合不同检测速度下的对称微加载数据，对速度相关载荷及摩擦基线进行修正，以正向接触边界与反向接触边界之间的相对位移表征轴向等效装配游隙，从而提高对花键真实轴向自由位移范围的识别能力，减小结构变形、摩擦及检测速度变化造成的测量偏差。本技术通过对检测过程中的径向偏移、轴线倾斜等姿态状态进行有效性判断，并对有效的多次测量结果进行融合，可避免异常接触状态下的失真数据参与最终结果计算，提高驱动轴总成花键啮合间隙检测的准确性、重复性和在线质量判定可靠性。