一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法

摘要

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。

主权项

一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法，采用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变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齿轮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；   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，S为转速信号处理器输出给AD变换器的脉冲数；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谱线频率从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。