齿圈动态形变检测系统及评估方法技术方案

本发明专利技术属于机械传动检测技术领域，具体公开了一种齿圈动态形变检测系统及评估方法，该检测系统包括加速度感知模块、信号调理模块、AD采样模块和数据处理模块，检测系统通过检测方法实现对齿圈的动态变形信息的检测，该采集装置包括壳体和检测系统，齿圈包括采集装置和齿圈本体。采用本技术方案，通过检测系统采集齿圈的加速度信号，并通过对信号的处理获取齿圈动态形变信息，实现对齿圈状态的动态评估，利用工作人员后续对齿圈的实时检查及维修。

【技术实现步骤摘要】
齿圈动态形变检测系统及评估方法
本专利技术属于机械传动检测
，涉及一种齿圈动态形变检测系统及评估方法。
技术介绍
行星齿轮传动具有高效、质量轻和传动比范围大等特点，被广泛用于风电机组传动系统中。内齿圈是行星齿轮传动系统中的重要部件,一般情况下通过螺栓或者花键与机体相配合在一起,并直接与行星轮啮合以传递运动和动力，内齿圈的运行状态检测以及故障诊断对维护设备正常运行有重大意义。在生产实际中，由于行星轮、行星架、齿圈等部件存在加工误差和安装误差，会产生不同程度的行星轮系轴不对中，导致行星轮间的载荷不均以及单个行星轮在齿宽方向上载荷分布不均，进而导致在齿圈局部区域受载严重。而在行星轮系运转工程中，主动力矩与负荷反力矩之间失去平衡，致使合成扭矩的方向循环波动，最终会导致扭振产生，扭矩会导致齿圈产生形变，影响行星轮系运行的平稳性以及使用寿命。现有的行星齿轮结构和运动形式上的复杂性，导致行星齿轮在工作过程中具有振动响应多源性与成分多样性，同时又由于精密复杂的行星排系内部空间狭小，机构封闭性导致传统的检测与分析方法失效，因此需要研发出能够满足以上特殊机械环境下的齿圈的动态特性检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种齿圈动态形变检测系统及评估方法，实现对齿圈动态形变信息的检测，提高检测精度。为了达到上述目的，本专利技术的基础方案为：一种齿圈动态形变检测方法，包括如下步骤：步骤一、获取齿圈端面上均布的2N个振动加速度传感器检测的数据，通过灵敏度系数获取多通道的振动加速度信号a1,a2,…,a2N；步骤二、通过周向呈180°布置的两对加速度信号、基于空间投影技术获得N组扭振加速度av1,av2,…,avN；步骤三、基于N组扭振加速度av1,av2,…,avN差异得到该齿圈变形矩阵ψ＝(ξ1,ξ2,...,ξN)，扭振信号时序点为i，扭振信号序号为k，信号总长度为Mt，步骤四、得到齿圈实时动态变形序列λ(i)以及动态变形因子κ，κ＝max[λ(i)],i＝0,1,2,...,Mt根据动态变形序列λ(i)以及动态变形因子κ分析齿圈的形变程度。本基础方案的工作原理和有益效果在于：利用设置在齿圈端面上的振动加速度传感器检测所需的加速度信号，采集端与齿圈的距离较小，采集的信号更为清晰可靠。利用加速度信号获取扭振信号，再根据扭振信号获取最终所需的动态变形信号，工作人员可根据动态变形序列和动态变形因子分析齿圈的形变信息，了解齿圈的动态特性，便于齿圈的检查维修，使对齿圈的故障诊断更为精确。进一步，步骤二中获取扭振加速度的方法为：设置加速度测点k和测点N+k，加速度测点k处的扭振加速度为avk，齿圈的平动加速度为am，avk与am的夹角为α，传感器灵敏度方向与齿轮水平线之间的夹角为θ，g为重力加速度，获取测点k与测点N+k的加速度ak和aN+k，即：ak＝avk+amsinα＝avk+amcosα+gsinθ，aN+k＝-avk+amsinα＝-avk+apcosα+gsinθ计算扭振加速度avk＝(ak-aN+k)/2k＝1,2,...,N。通过设置两个测点，并根据两个测点处的采集信号及相关夹角，经过简单计算，获取所需的扭振加速度，操作简单，使用方便。进一步，步骤一获取的多通道的振动加速度信号a1,a2,…,a2N采用线性相位FIR高通滤波器去除原始信号的低频噪声。对采集的信号进行滤波，消除噪音，易于后续使用分析。本专利技术还提供一种基于上述的齿圈动态形变检测方法的检测系统，包括加速度感知模块、信号调理模块、AD采样模块和数据处理模块；加速度感知模块包括2N个振动加速度传感器，振动加速度传感器均匀排布在齿圈周向上，用于采集加速度信号；信号调理模块的输入端与加速度感知模块的输出端连接，用于接收加速度信号并对信号进行放大、滤波及模数转换；AD采样模块的输入端与信号调理模块的输出端连接，用于采集每个振动加速度传感器的数据；数据处理模块的输入端与AD采样模块的输出端连接，数据处理模块用于完成特征数据的边缘处理与存储。加速度感知模块内的振动加速度传感器设置在齿圈端面上，而不是设置在齿圈机构的外部，这样能够有针对性地检测对应的齿圈上的信息，感知的信号强度大，减少其他信号的干扰，可靠性高，提高检测的精确度。利用信号调理模块先对采集的信号进行处理，消除信号内存在的大部分杂质，优化传输的信号的质量。且使用AD采用信号采用，引起的干扰小，采集的信号更稳定，使采集的信号精确度更高。数据处理模块能够对数据进行处理转化，使工作人员得到所需的信息，完成对齿圈动态形变信息的检查。进一步，还包括多路控制开关，多路控制开关设置在加速度感知模块与信号调理模块的连接电路上，所述数据处理模块的控制信号输出端与多路控制开关的控制端连接。利用多路控制开关控制加速度感知模块与信号调理模块是否连通，避免加速度感知模块采集信号不稳定时将存在误差的信号传输至信号调理模块。进一步，还包括磁环自发电模块，磁环自发电模块的供电端与各模块连接，用于供电。利用磁环自发电模块为检测系统内的其他模块提供电能，实现内部能源的供给。进一步，还包括无线通信模块，所述数据处理模块通过无线通信模块连接有终端。数据处理模块处理后的数据，通过无线通信模块传输至终端，以便工作人员查看。且无线通信模块无需电缆连接，简化结构，利于安装使用。进一步，还包括控制模块，控制模块包括比较器，比较器的第一输入端连接有加速度阈值存储器，比较器的第二输入端与加速度感知模块的输出端连接，比较器的输出端分别与AD采样模块、信号调理模块和数据处理模块的工作模式控制端连接；若齿圈处于运行状态，则启动各模块运行进行多通道同步数据采集，采集加速度信号；反之，启动低功率休眠模式。利用控制模块，实现各模块运行状态的控制，仅在齿圈运行时才启动各模块对齿圈进行动态检测，节约能量。本专利技术还提供一种采集装置，包括壳体和设置在壳体内的如上述的检测系统，所述壳体设为圆环形，所述采集装置安装在齿圈内部。采集装置设置为圆环形，贴合齿圈的结构，利于安装。本专利技术还提供一种齿圈，包括齿圈本体以及上述的采集装置，所述采集装置利用上述的检测方法进行齿圈动态变形状态的检测。齿圈上自带采集装置，实现其自身运动信息的智能检测。附图说明图1是本专利技术齿圈动态形变检测系统的流程结构示意图；图2是本专利技术齿圈动态形变评估方法的齿圈的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿圈动态形变评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、获取齿圈端面上均布的2N个振动加速度传感器检测的数据，通过灵敏度系数获取多通道的振动加速度信号a

【技术特征摘要】
1.一种齿圈动态形变评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取齿圈端面上均布的2N个振动加速度传感器检测的数据，通过灵敏度系数获取多通道的振动加速度信号a1,a2,…,a2N；
步骤二、通过周向呈180°布置的两对加速度信号、基于空间投影技术获得N组扭振加速度av1,av2,…,avN；
步骤三、基于N组扭振加速度av1,av2,…,avN差异得到该齿圈变形矩阵ψ＝(ξ1,ξ2,...,ξN)，扭振信号时序点为i，扭振信号序号为k，信号总长度为Mt，



步骤四、得到齿圈实时动态变形序列λ(i)以及动态变形因子κ，



κ＝max[λ(i)],i＝0,1,2,...,Mt
根据动态变形序列λ(i)以及动态变形因子κ分析齿圈的形变程度。


2.如权利要求1所述的齿圈动态形变评估方法，其特征在于，步骤二中获取扭振加速度的方法为：
设置加速度测点k和测点N+k，加速度测点k处的扭振加速度为avk，齿圈的平动加速度为am，与am的夹角为α，传感器灵敏度方向与齿轮水平线之间的夹角为θ，g为重力加速度，获取测点k与测点N+k的加速度ak和aN+k，即：






aN+k＝-avk+amsinα
＝-avk+apcosα+gsinθ
计算扭振加速度
avk＝(ak-aN+k)/2k＝1,2,...,N。


3.如权利要求1所述的齿圈动态形变评估方法，其特征在于，步骤一获取的多通道的振动加速度信号a1,a2,…,a2N采用线性相位FIR高通滤波器去除原始信号的低频噪声。


4.一种基于权利要求1-3之一所述的齿圈动态形变评估方法的检测系统，其特征在于，包括加速度感知模块、信号调理模块、AD采样模...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵毅敏，曾笠玲，张玉东，陈振宇，许晋，丁晓喜，王利明，杨小青，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50