[发明专利]一种检测齿轮轴裂纹的共振解调二孤谱方法

说明书

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；