СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ Российский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к способам контроля и диагностирования зубчатых редукторов и коробок передач автомобилей, судов, авиационной техники, станков.

Известен способ оценки технического состояния механизма с зубчатыми колесами, включающий одновременное измерение виброускорения и угла поворота [1]
Однако при реализации известного способа необходимо одновременно регистрировать углы поворота диагностируемых зубчатых колес и вибрации корпуса редуктора; точно синхронизировать сигналы с преобразователей угла поворота и вибродатчика (от этого непосредственно зависит точность гармонического анализа сигнала, идущего с вибродатчика).

Наиболее близким способом к изобретению является способ диагностирования механизмов, содержащих объекты циклического действия (в том числе зубчатые редукторы), заключающийся в том, что регистрируют излучаемый механизмом виброакустический сигнал и фиксируют его в функции от синхронных с ним значений координат цикла действия механизма за серию его циклов. Для каждого множества синфазных значений координаты цикла действия механизма вычисляют гистограмму распределения соответствующих им значений виброакустического сигнала и по характеру изменения гистограммы в функции от фазового значения координаты цикла определяют состояние механизма [2]
Однако в известном способе процесс диагностирования сложен из-за необходимости: одновременно регистрировать виброакустический сигнал и координату цикла (это может быть угол поворота или количество полных оборотов и пр.); точной синхронизации измерения сигналов с вибродатчика и датчика координаты цикла (от точности синхронизации непосредственно зависит форма гистограммы).

Кроме этого, виброакустический сигнал содержит в себе значительную нестационарную компоненту, так как вибродатчик реагирует одновременно на все проявившиеся в данный момент времени воздействия внутри редуктора и на редуктор. В связи с этим гистограмма виброакустического сигнала не имеет устойчивой формы.

Наличие ярко выраженной нестационарной компоненты в виброакустическом сигнале, усиленной погрешностью синхронизации измерения двух сигналов, не обеспечивает достоверности и точности диагноза.

Необходимо также отметить, что вибродатчик, обладая высокой чувствительностью, не имеет идеальной диаграммы направленности и реагирует на все возмущения, действующие не только в направлении основной оси чувствительности, но и по другим направлениям с соответствующими коэффициентами передачи. В связи с этим в виброакустическом сигнале присутствуют значительные маскирующие помехи, также размывающие форму гистограмм.

Задача, на решение которое направлено изобретение, заключается в повышении достоверности результатов обработки измерений диагностических параметров и упрощение процесса диагностирования.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности построения устойчивой гистограммы распределения диагностических параметров, в которой отсутствуют нестационарная компонента и маскирующие (паразитные) составляющие диагностического сигнала.

Это достигается тем, что в способе диагностирования зубчатых редукторов, заключающемся в том, что производят серийные измерения случайной составляющей диагностического параметра, формируют однородный статистический массив указанных диагностических параметров, строят гистограмму распределения диагностических параметров и по форме гистограммы диагностируют каждую пару сопряженных зубчатых колес, а в качестве диагностического параметра измеряют случайную составляющую интервала времени между полным оборотом ведущего и ведомого сопряженных зубчатых колес.

На фиг. 1 изображен диагностируемый двухступенчатый редуктор с установленными на нем тремя оптическими конечными выключателями и вторичной аппаратурой; на фиг.2 взаимное расположение двух светонепроницаемых дисков, жестко установленных на валах редуктора.

Пусть диагностированию подлежит двухступенчатый зубчатый редуктор (фиг. 1) с двумя парами сопряженных зубчатых колес: Z₁, Z₂ и Z₃, Z₄. Жестко на каждом валу 1,2,3 установлены светонепроницаемые диски 4-6 соответственно с одним отверстием в каждом для светового потока. Каждый диск входит в паз оптических конечных выключателей 7-9, работа которых состоит в формировании сигналов U₁,U₂,U₃ ступенчатой формы в тот момент, когда отверстия во вращающихся вместе с шестернями дисках пересекают световые потоки конечных выключателей.

Сигналы с конечных выключателей 1-3 подаются на устройства 10 измерения интервалов времени, которыми могут служить стандартные частотомеры или собственный таймер персональной ЭВМ. Пусть Z₁ < Z₂ и Z₃< Z₄ (т.е. редуктор понижает скорость вращения). Одно из устройств измерения времени в блоке 10 запускается на счет времени сигналом U₁ и останавливается только сигналом U₂. При этом колесо 1 с диском 4 могут сделать несколько оборотов, прежде чем будет остановлен счет времени.

Интервал времени t_i⁽¹⁾ это время между двумя последовательными импульсами U₁ и U₂. Одновременно сигнал U₂ запускает на счет другое устройство счета времени, а поступивший от конечного выключателя 9 сигнал 3 остановит этот счет. Так будет сформирован интервал времени t_j⁽²⁾. Повторный запуск за счет интервала времени сигналом U₁ может начаться только после остановки предшествующего счета сигналом U₂.

Повторный запуск второго устройства измерения времени возможен только, если произошла остановка предшествующего счета сигналом U₃.

Независимо от того, повышающим или понижающим скорость является диагностируемый редуктор, общим требованием является следующее: сигнал на запуск счета подается с более быстровращающегося вала (для пары сопряженных колес), а на остановку счета с медленно вращающегося. Например, если бы Z₂ < Z₁, то запуск с чета осуществлялся бы сигналом U₂, а останов сигналом U₁.

При многократном вращении дисков 4,5,6 вместе с зубчатыми колесами конечные выключатели вырабатывают последовательности ступенчатых сигналов, и в результате в памяти ЭВМ формируются два статистических массива значений интервалов времени: t₁⁽¹⁾, t₂⁽¹⁾.t_n⁽¹⁾ и t₁⁽²⁾, t₂⁽²⁾.t_n⁽²⁾.

Каждый из них является исходным источником диагностической информации. При этом значения в одном и том же массиве могут существенно различаться между собой, но разбиваются на группы с близкими значениями. Число таких групп определяется числом зубьев соответствующих сопряженных зубчатых колес. Действительно, рассмотрим пару Z₁ и Z₂ (фиг.1). Передаточное отношение этого зацепления Z₂/Z₁. Если есть общие множители в Z₁ и Z₂, то после их сокращения получим:
Z₂/Z₁= /
Пусть в начальный момент отверстие в диске 4 находится на оптической оси конечного выключателя 7. Поступил сигнал на начало счета. Отверстие в диске 5 смещено на какой-либо угол Ψ относительно оптической оси конечного выключателя 8. Именно величина этого смещения определяет величину Ψ времени. Сделав полный оборот, колесо Z₁ и диск 4 вернутся в исходное положение, однако колесо Z₂, а вместе с ним и диск 5 займут уже другое угловое положение, а следовательно, интервал времени t₂⁽¹⁾ будет другим. Однако, если колесо Z₁ сделает ровно полных оборота, то колесо Z₂ сделает ровно оборот и процесс начнет повторяться снова.

Учитывая, что каждое следующее измерение может начаться только после того, как предшествующий процесс измерения был остановлен сигналом с "медленно" вращающегося вала, в данном случае сигналом U₂, заключаем, что количество групп значений t_i⁽¹⁾ с близкими величинами совпадают с числом полных оборотов колеса Z₂, т.е. число групп равно Z₁. Таким образом, первый массив чисел t_i⁽¹⁾ образует естественным образом матрицу, каждая строка которой это серия значений интервалов времени при Z₁ полных оборотах колеса Z₂:
A
Аналогично для второго массива получим матрицу:

В каждом столбце матрицы стоят числа, соответствующие одному и тому же значению Ψ углового смещения отверстия в диске относительно оси конечного выключателя. Индекс К соответствует количеству серий измерений. Определив средние значения в каждом столбце и и вычитая их от величин в соответствующих столбцах (операция центрирования), получим две матрицы с однородными статистическими массивами. Величина произведения К это число оборотов колеса Z₂, совершенных при накоплении статистического массива. По каждому массиву строится гистограмма распределения, по форме которой распознаются дефекты соответствующего зубчатого зацепления.

Операция центрирования делает независимыми случайные составляющие интервалов времени от расположения дисков 4 и 5 на валах 1 и 2. Анализу подвергаются только случайные составляющие интервалов времени.

Предварительно для каждого дефекта получают описанным способом статистические массивы и строят соответствующие гистограммы. Текущую гистограмму сравнивают с имеющимися эталонными гистограммами и таким образом определяют дефект.

Преимущества способа диагностирования состоят в следующем:
время, как физический параметр, наиболее просто измеряется и с высокой точностью, для этого существуют стандартные аттестованные частотомеры, может быть использован также собственный таймер персонального компьютера;
время, как исходный источник диагностической информации, в значительно меньшей степени подвержен случайным изменениям из-за воздействия нестационарных случайных источников возбуждения. Это связано с тем, что время формируется на некотором заданном перемещении Ψ, в процессе которого происходит осреднение по времени воздействия и взаимная нейтрализация по множеству воздействий различных нестационарных источников возмущений. Только после взаимной нейтрализации и осреднения нестационарных случайных возмущений оканчивается измерение времени t. Вибродатчик реагирует на все возмущения, проявившиеся в данный момент времени;
для диагностирования не требуются дорогостоящие датчики, сложное метрологическое обеспечение, и аналого-цифровые преобразователи, так как сигнал снимается уже в цифровой форме.

Изобретение относится к способам контроля и диагностирования и ориентирован на распознавание дефектов зубчатых редукторов и коробок передач автомобилей, судов и авиационной техники. Метод основан на измерении и анализе случайной составляющей интервала времени между сигналами с конечных выключателей, связанных с ведущим и ведомым сопряженными зубчатыми колесами. Метод включает построение гистограммы распределения случайной составляющей интервала времени и сравнение ее с эталонными гистограммами, построенными предварительно для каждого дефекта. 2 ил.

СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ, заключающийся в том, что для каждой пары сопряженных зубчатых колес производят серийные измерения случайной составляющей диагностического параметра, формируют однородный статистический массив диагностического параметра, строят гистограмму распределения диагностического параметра и по форме гистограммы диагностируют объект, отличающийся тем, что в качестве диагностического параметра измеряют случайную составляющую интервала времени между полным оборотом ведущего и ведомого сопряженных зубчатых колес.