CN102426102A - 一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，通过对在齿轮附近的轴承上检测的振动冲击信号进行共振解调分离处理和AD变换器采样得到的共振解调波的分析，如果发现共振解调时域波形在齿轮所在轴的每个转动周期中出现基本对称的2簇啮合冲击波，并且对共振解调时域波形的FFT分析谱中出现齿轮的啮合冲击谱，并且出现等于该齿轮轴的等于转速频率的特征频率之2倍的、孤立的频谱，即二孤谱，则报告该轴出现裂纹，本发明的方法具有低代价、低损耗和能够在线频繁检测的优越性，对于确保设备的安全特别是人身的安全具有重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及设备故障诊断的信号检测与分析诊断技术领域，特别是一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法。
背景技术
无论是与齿轮整体加工的齿轮轴系还是将齿轮通过过盈配合安装于轴上的齿轮轴系，均由于它们传递扭矩时，因不同部位的等效轴径、等效截面积、等效刚度不同，而在轴径、截面积、刚度变化的过渡部位发生应力集中和交变疲劳，进而发生裂纹、折断，引发机械装备的重大事故，例如某些高速火车的车轴在齿轮与车轴的过渡带出现裂纹。图1所示为齿轮传动部件的结构示意图，电动机(01)等动力源驱动小齿轮轴运转，该轴驱动小齿轮(02)运转，小齿轮(02)驱动另一个与之啮合的大齿轮(03)运转，该大齿轮驱动其轴和同轴安装的另一个齿轮(04)或者车轮或轮盘(05)运转，大齿轮的轴安装在轴承(06)上，小齿轮的轴安装在(驱动源等)的轴承(07)上；在齿轮与其轴连接部位的轴径通常不同于其他部位的轴径，在两个不同轴径之间通常加工为弧状过渡带；监测轴承、齿轮、车轮等故障的传感器安装在靠近齿轮或车轮的轴承座上。由于齿轮(亦或车轮)与轴连接部位不仅轴径不同于其他部位，还由于与轴过盈配合等原因而增大了局部的扭转刚度，使得轴沿轴线方向呈现为非均匀刚度特征，以致在变刚度的“过渡带”处必然存在应力集中而易于疲劳、产生裂纹。
为了防止裂纹的轴发展到切断而引发险性事故，现有技术主要是通过在停止运转的状态下，对转轴进行目测检查或探伤来发现裂纹。一旦发现裂纹，就须更换轴或者其组件。
现有常用的探伤技术主要有：
着色检查：用带有较深色泽并且流动性很好的“渗透液”涂抹在检测对象上，该渗透液迅速渗透入可能存在的裂缝中，然后擦除轴表面的渗透液，涂上浅色(如白色)的漆或其他涂料，此时，渗入裂纹的渗透液反向向着轴表面渗透，使覆盖裂纹处的浅色涂料着色而易于被人工目测发现该裂纹。
磁粉探伤：对铁磁材料制作的轴沿轴线方向或局部作强磁化，然后在轴的表面喷或洒铁粉，由于裂纹部位的磁阻大于其它部位，于是铁粉被磁力吸引向裂纹部位集中以减小磁阻，人工目测发现的铁粉集中部位即是裂纹部位。与此类似的还有荧光探伤等。
上述两种技术的缺点不仅在于必须静态操作，而且需要目测，特别是不便发现时常发生在大部件之间的窄缝中的轴裂纹，更不能发现被其它部件遮盖的轴裂纹；
超声探伤：用超声波发射/接收器对轴的表面或端部发射超声波，接收其反射波，超声波在钢铁类材料中的传播速度约为V＝5000m/s，如果从发射开始到反射到达的时间T长，则意味着在L＝0.5VT以内没有反射，若有反射而L小于发射方向的轴尺寸(沿轴向发射则为轴长，沿径向发射则为轴径)，则意味着在离发射点L处存在异常反射，疑为裂纹或其他问题。该技术的缺点不仅在于必须静态操作，而且需要对机械作局部分解以露出测试面(或测试点)进行操作，特别是不能发现靠近测试面(点)内部的(例如10mm以内的)裂纹或故障点。
由于上述技术均需要在机械停止运转时甚至局部或全部分解后进行操作，而使得不能频繁用这些技术对机械进行检测，由于这些技术还不能发现初生的较小裂纹，而小裂纹可能在下次定期检测前发展到断轴，因此，这种非在线(即不能在机械运用过程中随时进行)的检测技术对于防止事故的作用是很有限的，而使用这些技术进行检测的代价(停运对于生产效益的损失、检测时对机械分解的工时损失、分解检查对于机械的附加损伤)高昂，因此不能很好地满足对机械进行低代价、低损耗和频繁检测以确保安全的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种在线检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，满足对机械进行低代价、低损耗和频繁检测及确保安全的需求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，包括检测齿轮轴裂纹的检测装置，检测装置包括安装在支承齿轮轴的靠近齿轮的轴承座上的振动冲击检测传感器(1)、共振解调检测仪(2)和检测齿轮轴转速的转速传感器(3)，共振解调检测仪中安装有共振解调变换器(2-1)和转速信号处理器(2-3)，共振解调检测仪内还有计算机，计算机中安装有AD转换器和共振解调二孤谱分析软件，利用所述检测装置进行齿轮轴裂纹检测的步骤为：
1)转速传感器输出的齿轮转速信号送到转速信号处理器2-3中，经处理后输出的转速信号送到计算机2-2的识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件进行转速测量以得到转速数据；还送到AD变换器对共振解调变换器2-1输出的信号进行转速跟踪控制AD变换，或用天文时钟控制AD变换，得到共振解调数据；
2)振动冲击检测传感器1检测的含有齿轮啮合振动和冲击的信号传输到共振解调检测仪2，用共振解调变换器2-1提取齿轮啮合冲击的信号，然后变换为共振解调波，由AD变换器进行共振解调数据采集；
3)共振解调二孤谱分析软件从预先输入了数据的数据库中读入齿轮轴所安装的齿轮的齿数N，并读入由AD变换器输入的共振解调数据和1)中得到的转速数据，计算转速频率FN；
4)共振解调二孤谱分析软件对共振解调数据进行FFT变换，得到共振解调频谱；
5)共振解调二孤谱分析软件对共振解调频谱进行二孤谱分析、啮合谱分析，同时对共振解调数据在每个车轴转速周期中是否有2簇啮合冲击波进行分析，如果满足以下条件则发出相应的诊断报警信息：转速周期中有2簇啮合冲击波、频谱中有N倍于FN特征频率的齿轮啮合谱以及2倍于FN特征频率的、孤立的频谱，即二孤谱，则报告齿轮轴出现裂纹；如果有二孤谱，而没有啮合谱和2簇啮合冲击波，则发出裂纹预警；如果没有二孤谱，则无裂纹；
6)如果没有退出检测的指令则返回1)进行重复检测诊断，否则退出并返回主程序。
所述步骤3)中，转速频率FN的计算公式为：FN＝S/M，采样频率FC的计算公式为：FC＝M×FN＝S，其中S为1秒内读入的转速信号处理器输出给AD变换器和计算机的脉冲数即转速信号频率，M为转速信号处理器预设的对轴每转一周产生的均布转速信号脉冲个数。
识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析方法是根据如下原理设计的：
两个齿轮在啮合运转时存在相互的径向推力，平衡该相互推力的是齿轮所在轴的刚度所决定的弹性力。若一个齿轮的轴发生裂纹，则该轴运转一周将4次改变刚度和弹性力，如附图3所示：设小齿轮轴发生裂纹，则当小齿轮轴的裂纹朝向大齿轮时(向上方)，小齿轮轴刚度最小，大齿轮对它的推力迫使小齿轮轴发生最大弯曲，裂纹最大张开，小齿轮向左偏斜，如图3(1)；当小齿轮轴的裂纹侧向大齿轮时，小齿轮轴刚度变大，大齿轮对它的推力迫使小齿轮轴发生最小弯曲，裂纹自然张开(较小)，小齿轮几乎不发生偏斜如图3(2)；当小齿轮轴的裂纹(向下)背向大齿轮时，小齿轮轴刚度较小，大齿轮对它的推力迫使小齿轮轴发生较大弯曲，裂纹基本上闭合，小齿轮也微向左偏斜，如图3(3)；当小齿轮轴的裂纹侧向大齿轮时，小齿轮轴刚度变大，大齿轮对它的推力迫使小齿轮轴发生最小弯曲，裂纹自然张开(较小)，小齿轮也几乎不发生偏斜，如图3(4)。将裂纹的轴转动一周时的4次变化的刚度称为“瞬变刚度”。由于小齿轮对大齿轮的反推力是由其刚度所决定的弹性力产生的，故该小齿轮轴裂纹后的瞬变刚度必将引起小齿轮转动一周的过程中大小齿轮的啮合径向推力发生4次脉动，大小齿轮的轮心距离也将4次变化，对应图3(1)～3(4)顺次是：大-小-次大-小。由于齿轮只在有合理的轮心距离时才只有啮合振动而没有啮合冲击，上述的轮心距离的脉动，则引起该小齿轮每运转一周时与大齿轮发生两簇冲击，对应图3(1)～3(4)顺次是：小-大-次小-次大，如果忽略冲击小的冲击和次小的冲击，则表现出的是该小齿轮每运转一周出现近似对称的一大一小两簇冲击；同理，如果小齿轮轴没有裂纹而大齿轮轴存在裂纹，则表现出的是该大齿轮每运转一周出现近似对称的一大一小两簇冲击；所述的两簇冲击，是因为齿轮中心距离变动不是突变的，而是随着转动而逐渐变化的，从而使得齿轮因此发生的啮合冲击也是随着转动而逐渐变化的。
齿轮的啮合冲击的共振解调检测频谱的频率FNIE，等于齿轮的转速频率FN与齿轮的齿数N的乘积：FNIE＝N*FN，如图4；该大齿轮有N＝68个齿，该大齿轮轴的特征谱号为FN＝10.24，由于存在轴裂隐患，引起齿轮啮合冲击的谱号理论值为FNIE＝N*FN＝696.32。测试则发现了696.4号谱线；齿轮单个齿故障(如断齿、齿沟裂、齿跟裂等等)的共振解调重复频率FC＝FN，称为该齿轮的“特征频率”，其对应的谱号为“特征谱号”，并且具有多阶性，即具有丰富的整数倍于特征频率的频谱和整倍于特征谱号的谱线，如图5；齿轮单簇齿冲击(如齿轮连接螺钉断裂而偏心、变形)故障的重复频率也为特征频率FC＝FN，但只有为数很少的高阶谱，或没有高阶谱，如图6；齿轮因为轴裂纹而每转一周发生近似对称的两簇冲击的重复频率为FLIE＝2FC＝2FN，即FLIE等于2倍特征频率，并且几乎只有FLIE的1阶谱或还有它的微小到可以忽略的2、3阶谱，亦即只有齿轮的2阶孤立的特征频率谱，简称为“2孤谱”或“二孤谱”，如图7、图8，只有存在齿轮的轴裂纹才具有上述规律，才有可以利用的裂纹所导致的齿轮啮合冲击簇及其2孤谱，具有单向载荷但不存在齿轮的其它轴，例如没有齿轮的车轴(它承受着通过轴承施加的、指向地心的车体重量所致的单向载荷)、皮带轮的轴(它承受着指向同一皮带连接的另一个皮带轮的单向载荷)、悬臂支承飞轮的轴(它承受着飞轮重量所致的指向地心的单向载荷)则没有可以利用的裂纹所导致的齿轮啮合冲击簇及其2孤谱。
本发明相对现有检测齿轮轴裂纹技术的优势在于：能够在机械设备的齿轮轴运转过程中连续监测裂纹，将安全状态识别从传统的停运检测时机提前到了随时在线运营之中进行，在齿轮轴的裂纹发生的初期便能够发现基于共振解调二孤谱的信息，发出裂纹预警；而在裂纹发展到比较大时便能发出报警信息；避免了传统检测方法要求流程工业中的长期不停机的设备和车辆等运载设备停止运行进行静态检测的停产损失，以及分解检测的工时、备件消耗和分解检测可能造成的设备损伤等，还避免了传统方法由于不能频繁检测，而可能在两次间隔时间很长的检测之间的运行期间发生的裂纹因不能及时发现而造成事故的危险，具有低代价、低损耗和频繁检测的优越性，对于确保设备的安全，特别是人身的安全具有重要作用。
附图说明
图1为现有齿轮传动部件的结构示意图；
图2为检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法示意框图；
图3为裂纹位置及小齿轮偏斜关系示意图；(1)裂纹朝向大齿轮，轴弯最大，裂纹最大张开，小齿轮向左偏斜示意图；(2)裂纹朝上方，轴弯最小，裂纹自然张开，小齿轮不偏斜示意图；(3)裂纹背向大齿轮，轴弯次大，裂纹闭合，小齿轮也向左斜示意图；(4)裂纹朝下方，轴弯最小，裂纹自然张开，小齿轮不偏斜示意图；
图4为齿轮啮合冲击的共振解调检测频谱的频率FNIE＝N*FN的检测图；
图5为单个齿沟裂纹故障的共振解调重复频率为特征频率FC＝FN并且具有多阶性的检测图；
图6为大齿轮因连接螺钉松动而偏心所致单簇冲击故障的重复频率为特征频率FC＝FN，但只有为数很少的高阶谱的检测图；
图7为因小齿轮轴出现裂纹而每转一周发生近似对称的两簇冲击，重复频率等于2倍特征频率FLIE＝2FC＝2FN即“2孤谱”的检测图；
图8为因小齿轮轴出现裂纹而每转一周发生近似对称的两簇冲击，重复频率等于2倍特征频率FLIE＝2FC＝2FN即“2孤谱”的检测图；
图9为识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件工作流程图；
图10为本发明一实施例同一机械和不同机械在不同转速条件下运用转速跟踪采样和分析的实施验证图；(1)0051机器大齿轮转速510r/min，检测得到小齿轮轴裂的二孤谱PXZ＝57.5，啮合冲击谱PNIE＝696.9的实施验证图；(2)0051机器大齿轮转速134r/min，检测得到小齿轮轴裂的二孤谱PXZ＝58.2，啮合冲击谱PNIE＝696.9的实施验证图；(3)0174机器大齿轮转速502r/min，检测得到小齿轮轴裂的二孤谱PXZ＝58.2，啮合冲击谱PNIE＝696.2的实施验证图；(4)0036机器大齿轮转速600r/min，检测得到小齿轮轴裂的二孤谱PXZ＝58.2，啮合冲击谱PNIE＝696.9的实施验证图。
其中：
01：电动机；02：小齿轮；03：大齿轮；04：齿轮；05：车轮或轮盘；06：轴承。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
齿轮传动部件包括电动机(01)、齿轮(02～04)、齿轮轴、轴承(06～07)，还包括安装在靠近齿轮的轴承座上的振动冲击检测传感器(1)，共振解调检测仪(2)，转速传感器(3)和在共振解调检测仪(2)所含的计算机(2-2)中安装的AD变换器及识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件以及在共振解调检测仪(2)中安装的转速信号处理器(2-3)，转速传感器(3)输出的转速信号送到共振解调检测仪(2)中的转速信号处理器(2-3)，经处理后输出的转速信号送到AD变换器控制AD变换，还送到计算机中的识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件进行转速检测；振动冲击检测传感器(1)检测的含有齿轮啮合振动和冲击的信号传输到共振解调检测仪(2)，用共振解调变换器(2-1)提取齿轮啮合冲击的信号并变换为共振解调信号，由共振解调检测仪(2)中所含的计算机(2-2)的AD变换器进行数据数据采集，再对所采集的数据用识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件进行分析诊断，识别相应齿轮轴的裂纹，输出裂纹预警、报警信息，如图2所示。
检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法为：通过对在齿轮附近的轴承上检测的振动冲击信号进行共振解调分离处理和经AD变换器采样得到的共振解调波进行分析，如果发现共振解调时域波形在齿轮所在轴的每个转动周期中出现基本对称的2簇啮合冲击波，并且对共振解调时域波形的FFT分析谱中出现齿轮的啮合冲击谱，并且出现等于该齿轮轴的等于转速频率的特征频率之2倍的、孤立的频谱，即二孤谱，则报告该轴出现裂纹；二孤谱为充分必要条件，啮合谱和时域波形中每个转动周期的出现2簇啮合冲击波为充分条件。共振解调二孤谱分析软件在安装时带有一个数据库，其中写入了下列数据：控制对转速频率FN进行倍频M倍的系数M、所检测的轴所带齿轮的齿数N、共振解调二孤谱分析软件工作流程如图9：软件开始运行，从数据库读入该轴所安装的齿轮的齿数N；当进行天文时钟采样时，软件向AD变换器发送时钟指令，AD变换器按照该指令，以稳定的由晶体振荡器发生的频率为F的时钟脉冲控制AD变换器对共振解调变换器(2-1)输出的共振解调信号进行模数变换，向软件提供量化的共振解调波形数据；当进行转速跟踪采样时，软件从数据库中读入倍频系数M，向转速信号处理器(2-3)发送倍频系数M，软件向AD变换器发送转速跟踪指令，AD变换器按照该指令，以转速信号处理器(2-3)输出的、齿轮轴每转一周有M个均布的脉冲控制AD变换器对共振解调变换器(2-1)输入的共振解调信号进行模数变换，向软件提供量化的共振解调波形数据；软件读入由AD变换器输入的共振解调数据，还同时读入由转速信号处理器输入的转速数据，然后计算转速频率FN(例如：当1秒钟读入转速信号处理器输出给AD变换器的脉冲数为S时，则转速频率为FN＝S/M)；软件对由AD变换器输入的共振解调数据样本进行FFT变换获得频谱；对所获得的频谱进行裂纹分析，其中的二孤谱分析为：若频谱中存在对应转轴的频率FN之2倍的突出的2FN谱线(具体为：2FN谱线频率从0.97至1.01倍的范围内最高谱线的幅度大于1FN、3FN、4FN各谱线从0.97至1.01倍的范围内最高谱线幅度的3倍)，则对特征标记A写入A＝1，否则A＝0；其中的啮合谱分析为：若频谱中存在对应转轴的频率FN乘该轴齿轮齿数N的突出的N*FN谱线(具体为：N*FN谱线从0.99至1.01倍的范围内最高谱线的幅度大于从1.01*(N-1)*FN至0.99*(N+1)*FN之间的其它谱线幅度)，则对特征标记B写入B＝1，否则B＝0；其中转速周期TN＝1/FN中有两簇冲击波的分析为：若样本中含有X个TN周期，并且有大于INT(0.3*X)个周期中(INT为取整数函数，例如X＝10.24时，INT(0.3*X)＝3)存在、并且只存在2个相距(0.9～1.1)TN/2的极大值，该极大值的幅度为J，每个极大值谱线的左右TN/8范围内存在幅度小于0.9J而又大于0.3J的次大值，则对特征标记C写入C＝1，否则C＝0；最后根据软件的上述分析结论作是否存在裂纹的表决：如果A＝0，则(本次检测的结果)无裂纹，如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出；否则(即A＝1时)，若B＝0并且C＝0(即B＝1或C＝1均不成立)则发出裂纹预警，如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出；否则(即A＝1并且B＝1或C＝1)，则发出裂纹报警；如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出。
在转速经常变化的机械中，如车辆、风力发电机、水轮发电机、轧钢机、油井压水机和抽油泵等，如果对共振解调变换器(2-1)输出的共振解调信号用稳定不变的天文时钟控制AD变换器进行采样，则所获得样本中就可能没有周期性的信号，而是存在转轴每转一周的时间都不同的非周期信号，对于这样的信号，既不便于进行充分条件所述的“每个转轴周期存在近似对称的齿轮啮合冲击簇”的判别，而且该信号的FFT分析也没有固定的齿轮转速特征频谱FN及其二孤谱、齿轮啮合谱可言，即以天文时钟采样的变速机械的齿轮啮合冲击(共振解调)信息无法实施轴裂纹的诊断。
为了克服转速随机变化所造成的以天文时钟采样时数据不能准确分析的缺陷，用转速信号处理器2-3输出的频率为转速频率FN之M倍的采样频率FC＝M*FN，控制AD变换器对共振解调变换器2-1输出的共振解调信号作转速跟踪采样。
当啮合的大小两个齿轮中，大齿轮的齿数为D，小齿轮的齿数为X，传动比η＝D/X，对转速传感器所获的转速信号频率FN，由转速信号处理器(2-3)倍频M，得到FC＝M*FN的采样频率，控制AD变换器对共振解调变换器(2-1)输出的共振解调信号采样；采样样本长度NY为2的整数次幂，FFT分析输出的样本长度(按照采样定理)为NF＝NY/2，分析频率上限FM＝FC/2，则频谱分辨率DF＝FM/NF，而大齿轮特征频率的谱号则为PD＝FN/DF，小齿轮特征频率的谱号则为PX＝PD*η，大齿轮轴裂纹的特征频率谱号则为PDZ＝2PD，小齿轮轴裂纹的特征频率谱号则为PXZ＝2PX，大小齿轮的啮合冲击谱号则为PNIE＝PD*D＝PX*X。
图10(1)～图10(4)所示为同一机械和不同机械在不同转速条件下运用转速跟踪采样和分析所得数据，转速传感器(3)安装在大齿轮轴上，大齿轮的齿数D＝68，小齿轮的齿数X＝24，传动比η＝68/24＝2.8333，对转速传感器所获的转速信号频率FN，由转速信号处理器(2-3)倍频M＝200，得到FC＝M*FN＝200FN的采样频率，控制AD变换器对共振解调变换器(2-1)输出的共振解调信号采样；采样样本长度NY＝2048，FFT分析输出的样本长度(按照采样定理)为NF＝N/2＝1024，分析频率上限FM＝FC/2＝100FN，则频谱分辨率DF＝FM/NF＝100FN/1024＝0.0976562FN，而大齿轮特征频率的谱号则为PD＝FN/DF＝10.24，小齿轮特征频率的谱号则为PX＝PD*η＝29.01333，小齿轮轴裂纹的特征频率谱号则为PXZ＝2PX＝58.02666，大小齿轮的啮合冲击谱号则为PNIE＝PD*D＝PX*X＝696.32；无论检测时转速不变化、缓慢变化(开始时的转速逐渐变为不等于开始转速的最终转速)或随机变化，转速跟踪自动AD变换都能够在FFT分析后获得各种故障信息符合上述的PD、PX、PXZ(或还有PDZ)、PNIE谱号的谱线，从而实现“谱号固化分析”，不仅解决了变速状况下以天文时钟采样所获得的样本不能分析故障的问题，而且极大地方便了信息识别。
Claims (3)
1.一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，包括检测齿轮轴裂纹的检测装置，检测装置包括安装在支承齿轮轴的靠近齿轮的轴承座上的振动冲击检测传感器1、共振解调检测仪2和转速传感器3，共振解调检测仪中安装有共振解调变换器2-1和检测齿轮轴转速的转速信号处理器2-3，共振解调检测仪内还有计算机2-2，计算机中安装有AD转换器和共振解调二孤谱分析软件，其特征在于，利用所述检测装置进行齿轮轴裂纹检测的步骤为：
1)转速传感器输出的齿轮转速信号送到转速信号处理器2-3中，经处理后输出的转速信号送到计算机2-2的识别齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱分析软件进行转速测量以得到转速数据；还送到AD变换器对共振解调变换器2-1输出的信号进行转速跟踪控制AD变换，或用天文时钟控制AD变换，得到共振解调数据；
2)振动冲击检测传感器1检测的含有齿轮啮合振动和冲击的信号传输到共振解调检测仪2，用共振解调变换器2-1提取齿轮啮合冲击的信号，然后变换为共振解调波，由AD变换器进行共振解调数据采集；
3)共振解调二孤谱分析软件从预先输入了数据的数据库中读入齿轮轴所安装的齿轮的齿数N，并读入由AD变换器输入的共振解调数据和1)中得到的转速数据，计算转速频率FN；
4)共振解调二孤谱分析软件对共振解调数据进行FFT变换，得到共振解调频谱；
5)共振解调二孤谱分析软件对共振解调频谱进行二孤谱分析、啮合谱分析，同时对共振解调数据在每个车轴转速周期中是否有2簇啮合冲击波进行分析，如果满足以下条件则发出相应的诊断报警信息：转速周期中有2簇啮合冲击波、频谱中有N倍于FN特征频率的齿轮啮合谱以及2倍于FN特征频率的、孤立的频谱，即二孤谱，则报告齿轮轴出现裂纹；如果有二孤谱，而没有啮合谱和2簇啮合冲击波，则发出裂纹预警；如果没有二孤谱，则无裂纹；
6)如果没有退出检测的指令则返回1)进行重复检测诊断，否则退出并返回主程序。
2.根据权利要求1所述的检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，其特征在于，共振解调二孤谱分析软件工作流程是：软件开始运行，从数据库读入该轴所安装的齿轮的齿数N；当进行天文时钟采样时，软件向AD变换器发送时钟指令，AD变换器按照该指令，以稳定的由晶体振荡器发生的频率为F的时钟脉冲控制AD变换器对共振解调变换器2-1输出的共振解调信号进行模数变换，向软件提供量化的共振解调波形数据；当进行转速跟踪采样时，软件从数据库中读入倍频系数M，向转速信号处理器2-3发送倍频系数M，软件向AD变换器发送转速跟踪指令，AD变换器按照该指令，以转速信号处理器2-3输出的、齿轮轴每转一周有M个均布的脉冲控制AD变换器对共振解调变换器2-1输入的共振解调信号进行模数变换，向软件提供量化的共振解调波形数据；软件读入由AD变换器输入的共振解调数据，还同时读入由转速信号处理器输入的转速数据，然后计算转速频率FN＝S/M；软件对由AD变换器输入的共振解调数据样本进行FFT变换获得频谱；对所获得的频谱进行裂纹分析，其中的二孤谱分析为：若频谱中存在对应转轴的频率FN之2倍的突出的2FN谱线，具体为：2FN谱线频率从0.97至1.01倍的范围内最高谱线的幅度大于1FN、3FN、4FN各谱线从0.97至1.01倍的范围内最高谱线幅度的3倍，则对特征标记A写入A＝1，否则A＝0；其中的啮合谱分析为：若频谱中存在对应转轴的频率FN乘该轴齿轮齿数N的突出的N*FN谱线，具体为：N*FN谱线从0.99至1.01倍的范围内最高谱线的幅度大于从1.01*(N-1)*FN至0.99*(N+1)*FN之间的其它谱线幅度，则对特征标记B写入B＝1，否则B＝0；其中转速周期TN＝1/FN中有两簇冲击波的分析为：若样本中含有X个TN周期，并且有大于INT(0.3*X)个周期中存在、并且只存在2个相距(0.9～1.1)TN/2的极大值，该极大值的幅度为J，每个极大值谱线的左右TN/8范围内存在幅度小于0.9J而又大于0.3J的次大值，则对特征标记C写入C＝1，否则C＝0；最后根据软件的上述分析结论作是否存在裂纹的表决：如果A＝0，则无裂纹，如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出；否则，若B＝0并且C＝0则发出裂纹预警，如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出；否则，则发出裂纹报警；如果没有退出检测的指令则返回程序开始端重复检测诊断，不然则退出。
3.根据权利要求1或2所述的检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，其特征在于，当啮合的大小两个齿轮中，大齿轮的齿数为D，小齿轮的齿数为X，传动比η＝D/X，对转速传感器所获的转速信号频率FN，由转速信号处理器2-3倍频M，得到FC＝M*FN的采样频率，控制AD变换器对共振解调变换器2-1输出的共振解调信号采样；采样样本长度NY为2的整数次幂，FFT分析输出的样本长度为NF＝NY/2，分析频率上限FM＝FC/2，则频谱分辨率DF＝FM/NF，而大齿轮特征频率的谱号则为PD＝FN/DF，小齿轮特征频率的谱号则为PX＝PD*η，大齿轮轴裂纹的特征频率谱号则为PDZ＝2PD，小齿轮轴裂纹的特征频率谱号则为PXZ＝2PX，大小齿轮的啮合冲击谱号则为PNIE＝PD*D＝PX*X。
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Legal Events
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Application publication date: 20120425 Assignee: Beijing Tanzhi Science & Technology Development Co., Ltd. Assignor: Tang Deyao Contract record no.: 2014110000069 Denomination of invention: Resonance demodulation double isolate frequency spectrum method for detecting crack of gear shaft Granted publication date: 20130710 License type: Exclusive License Record date: 20141211 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20171201 Address after: 100097 Beijing agriculture science building B801, No. 11, middle road of Dawning garden, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Tanzhi Science & Technology Development Co., Ltd. Address before: 100011 Beijing City, Chaoyang District Guangshun Beidajie 33 the Atlantic New District A District 102-2-3A Patentee before: Tang Deyao |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20181102 Address after: 410116 No. 32, Xianling South Road, Yuhua District Economic Development Zone, Changsha, Hunan Patentee after: Tang Zhi science and technology Development of Hu ' nan company limited Address before: 100097 B801, Beijing agricultural complex, 11 middle road, Shuguang garden, Haidian District, Beijing. Patentee before: Beijing Tanzhi Science & Technology Development Co., Ltd. |