способ виброакустической диагностики передач зацеплением
Классы МПК: | G01M13/02 испытание передаточных механизмов |
Автор(ы): | Басинюк Ярослав Владимирович (BY), Ишин Николай Николаевич (BY), Басинюк Владимир Леонидович (BY), Мардосевич Елена Ивановна (BY) |
Патентообладатель(и): | Институт надежности машин НАН Беларуси (BY) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-05-22 публикация патента:
20.02.2004 |
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам виброакустической диагностики зубчатых передач. Предложенный способ заключается в том, что предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубцовые частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, фильтруют его упомянутыми узкополосными фильтрами и полученные диагностические данные фиксируют в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени в виде цифровой последовательности, в последней выбирают массивы данных, соответствующие времени полных оборотов диагностируемых колес, на которых затем выделяют участки, соответствующие колебаниям, генерируемым отдельными зубьями, после чего по параметрам колебаний оценивают техническое состояние диагностируемых зубчатых колес и их зубьев. При этом съем данных осуществляют при различных нагружающих моментах на выходном валу диагностируемой передачи, для каждого зуба определяют среднее значение размахов колебаний вибрационного сигнала, а в качестве диагностических параметров используют их изменение при увеличении нагружающих моментов и их отношение к нагружающим моментам на выходном валу диагностируемой передачи. Данное изобретение направлено на расширение технических возможностей вибродиагностики зубчатых передач при одновременном диагностировании всех зубчатых колес передачи и их зубьев. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ виброакустической диагностики передач зацеплением, в котором предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубцовые частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, фильтруют его упомянутыми узкополосными фильтрами и полученные диагностические данные фиксируют в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени в виде цифровой последовательности, в последней выбирают массивы данных, соответствующие времени полных оборотов диагностируемых колес, на которых затем выделяют участки, соответствующие колебаниям, генерируемым отдельными зубьями, после чего по параметрам колебаний оценивают техническое состояние диагностируемых зубчатых колес и их зубьев, отличающийся тем, что съем данных осуществляют при различных нагружающих моментах на выходном валу диагностируемой передачи, при этом для каждого зуба определяют среднее значение размахов колебаний вибрационного сигнала, а в качестве диагностических параметров используют их изменение при увеличении нагружающих моментов и их отношение к нагружающим моментам на выходном валу диагностируемой передачи.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагружающие моменты на выходном валу диагностируемой передачи при каждом последующем съеме диагностической информации ступенчато увеличивают, при этом шаг и диапазон ступенчатого увеличения нагружающих моментов выбирают из соотношений соответственно![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224061/916.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224029/247.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224061/916.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам виброакустической диагностики зубчатых передач. Известен способ виброакустической диагностики нагруженности зубьев зубчатых передач при испытаниях (патент РБ 4261, кл. G 01 M 13/02, 2001 г.), по которому перед съемом данных на зубе диагностической передачи, имеющем максимальную погрешность шага зацепления, устанавливают средство прямого измерения нагруженности, например тензорезисторы, съем данных с вибродатчика, установленного на подшипниковом узле диагностируемой передачи, и тензорезисторов осуществляют одновременно в реальном масштабе времени по меньшей мере при двух оборотах зубчатого колеса с тензометрируемым зубом, из полученных данных о вибрациях выделяют информативные составляющие, соответствующие времени нахождения в зацеплении тензометрируемого зуба, в качестве которых служат амплитуды снятых параметров вибраций, определяют их статистические характеристики и корреляционную зависимость между средним значением измеренных амплитуд параметров вибраций и динамической нагруженностью тензометрируемого зуба, а по аналогичным составляющим параметров вибраций нетензометрируемых зубьев судят о динамической нагруженности любого из них с использованием полученной корреляционной зависимости, при этом съем данных в известном техническом решении осуществляют с частотой, выбранной из определенных соотношений, а зависимость между средним значением измеренных амплитуд параметров вибраций и динамической нагруженностью любого из зубьев представляют в виде соотношения регрессии. Установка на зубьях диагностируемого колеса средств прямого измерения нагруженности, например тензорезисторов, - достаточно сложный и дорогостоящий процесс, приемлемый в основном для уникальных стендовых исследований. При этом для съема данных с тензорезисторов необходимы специальные токосъемники, которые практически невозможно, да и экономически и технически нецелесообразно устанавливать на валы зубчатых передач, входящих в состав мобильных машин, станков и оборудования, что существенно сужает технические возможности данного технического решения. Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ вибрационной диагностики передач зацеплением (патент SU 4872337, кл, G 01 M 13/02, 1989 г.), выбранный в качестве прототипа, в котором предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубцовые и кратные им частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают аналоговый электрический сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, фильтруют его упомянутыми узкополосными фильтрами и полученные диагностические данные фиксируют в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени в виде цифровой последовательности, в последней выбирают массивы данных, соответствующие времени полных оборотов диагностируемых колес и колебаниям, генерируемым отдельными зубьями, после чего параметры колебаний сравнивают с эталонными значениями и по результатам сравнения оценивают техническое состояние диагностируемых зубчатых колес и их зубьев. Реализация данного способа позволяет последовательно оценить техническое состояние каждого из зубчатых колес и их зубьев при наличии базы данных с частотами эталонными значениями частот собственных колебаний при определенных частотах вращения входного вала и нагружающих моментах на выходном валу диагностируемой передачи. К существенным недостаткам известного способа можно отнести ограниченные возможности оценки технического состояния и точностных параметров новых зубчатых передач, для которых отсутствуют эталонные значения амплитуд колебаний. Кроме того, амплитудные значения колебаний тесно связаны с местом установки датчика вибраций, смещение от которого даже на несколько миллиметров в ряде случаев может привести к изменению амплитудных значений вибраций в 1,5-3 и более раз. На них существенно влияют жесткостные и инерционные параметры механической системы, нагруженность и скоростные режимы ее функционирования, что существенно сужает технические возможности данного технического решения. Задача изобретения - расширение технических возможностей вибродиагностики зубчатых передач путем одновременного диагностирования всех зубчатых колес передачи и их зубьев, выявление разрушений зубьев на ранней стадии их возникновения, исключения из процесса диагностирования необходимости в эталонных значениях параметров колебаний и влияния на точность диагностирования жесткостных и инерционных параметров механической системы, мест установки датчиков, нагруженности и скоростных режимов ее функционирования. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе виброакустической диагностики передач зацеплением, в котором предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубцовые частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, фильтруют его упомянутыми узкополосными фильтрами и полученные диагностические данные фиксируют в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени в виде цифровой последовательности, в последней выбирают массивы данных, соответствующие времени полных оборотов диагностируемых колес, на которых затем выделяют участки, соответствующие колебаниям, генерируемым отдельными зубьями, после чего по параметрам колебаний оценивают техническое состояние диагностируемых зубчатых колес и их зубьев, согласно техническому решению съем данных осуществляют при различных нагружающих моментах на выходном валу диагностируемой передачи, при этом для каждого зуба определяют среднее значение размахов колебаний вибрационного сигнала, а в качестве диагностических параметров используют их изменение при увеличении нагружающих моментов и их отношение к нагружающим моментам на выходном валу диагностируемой передачи. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагружающие моменты на выходном валу диагностируемой передачи при каждом последующем съеме диагностической информации ступенчато увеличивают, при этом шаг и диапазон ступенчатого увеличения нагружающих моментов выбирают из соотношений соответственно:![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224061/916.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224029/247.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
0,3
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
где
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224061/916.gif)
Т0 - наименьший из максимально допустимых по условиям контактной и изгибной прочности зубьев зубчатых колес крутящий момент на валах диагностируемой передачи;
Т - момент на выходном валу диагностируемой передачи;
u - передаточное число кинематической цепи, связывающей выходной вал с валом, для которого определен Т0. Целесообразно, чтобы при работе диагностируемой передачи в режиме редуцирования съем данных осуществляют при по меньшей мере двух полных оборотах ее выходного вала, а при работе диагностируемой передачи в режиме мультипликации съем данных осуществляют при по меньшей мере двух полных оборотах ее входного вала. Одновременно с вибрационным сигналом дополнительно может быть снят акустический сигнал, который обрабатывают идентично обработке вибрационного сигнала, при этом определяют отношения средних значений размахов колебаний акустического сигнала для каждого диагностируемого зубчатого колеса и его зубьев к соответствующим средним значениям размахов вибрационного сигнала, а полученные результаты используют для оценки технического состояния диагностируемого зубчатого колеса и его зубьев по критерию контактной усталостной прочности. Расширение технических возможностей диагностирования достигается в результате следующего. Осуществление съема данных при различных нагружающих моментах, ступенчато увеличивающихся при каждом последующем съеме диагностической информации, позволяет по изменениям отношений размахов колебаний к моментам на выходном валу диагностируемой передачи определить динамические составляющие нагрузки и связанные с ними погрешности шагов зацепления и износы отдельных зубьев. Кроме того, в процессе выборки зазоров между зубьями, связанных с погрешностями их шагов зацепления и износами, изменяется парность зацепления (происходит переход от однопарного к двухпарному или от двухпарного к трехпарному зацеплению) и существенно изменяются отношения размахов колебаний вибрационного сигнала к соответствующим моментам на выходном валу диагностируемой передачи. Эти величины нагружающих моментов служат дополнительным критерием оценки погрешностей шагов зацепления и износов каждого из зубьев. Диапазон изменений моментов, в соответствии с зависимостью (1), позволяет при Т
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224061/916.gif)
![способ виброакустической диагностики передач зацеплением, патент № 2224232](/images/patents/244/2224030/8776.gif)
Класс G01M13/02 испытание передаточных механизмов