本发明专利技术属于齿轮故障诊断技术领域，具体涉及一种齿轮故障检测装置及方法，一种齿轮故障检测装置，包括检测箱、设于检测箱内且相互啮合的待检测齿轮组、驱动齿轮组转动的电机，还包括设于所述检测箱上端且朝向所述齿轮组的麦克风支架，所述麦克风支架上依次设有如下结构：采声装置、麦克风、能量回收装置；本发明专利技术中椭圆曲面采声装置能将位于椭圆面焦点处的齿轮啮合点声源发射出的声音汇聚到另一个焦点位置的麦克风，实现了声音信号的指向性消噪，有利于故障信号成分的高信噪比获取，有效提升故障诊断的精确性和可靠性；本发明专利技术设有振动能量回收模块，可回收齿轮箱的振动能量，实现装置自供电，具有使用方便、通用性广的优点。通用性广的优点。通用性广的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种齿轮故障检测装置及方法
[0001]本专利技术属于齿轮故障诊断
，具体涉及一种齿轮故障检测装置及方法。
技术介绍
[0002]在机械设备中,齿轮传动是最常用的传动方式之一，齿轮失效是诱发机械设备故障的重要因素之一。尤其在现代工业生产中，由于齿轮失效未能及时发现而酿成设备事故带来巨大的经济损失的事例屡见不鲜。因此，对齿轮箱进行在线监测与诊断，可增加传动设备工作安全性和可靠性，降低设备维修费用，防止突发事故，减少损失。目前齿轮传动的监测诊断技术手段主要包括振动、声学、温度、油液分析等。
[0003]振动法目前应用最多，例如“CN202210706468.7公开了一种基于多传感器振动信号的齿轮箱故障诊断方法及装置”，公开了在多测点安装振动传感器采集振动信号，之后对信号进行数据融合以实现故障诊断。但振动传感器的安装需要对设备进行改造，同时设备其他振动源会通过设备本体传递至振动传感器，造成被测齿轮信号干扰，最终影响诊断精确性和可靠性。
[0004]声学诊断法能够实现非接触式测量，对设备的改动较小，可以对齿轮的早期故障及时预警。目前声学诊断法中的现有技术大多是针对于已采集声信号的算法处理，在信号采集时大多使用单个麦克风或者麦克风阵列。因此信号采集环节的强噪声仍是待解决的主要问题。例如“CN202110353043.8公开了一种用于齿轮箱冲击故障特征的声学分离和诊断方法”，公开了先对信号进行降噪处理，然后在高维子空间内对降噪信号进行盲源分离，诊断精度较高，但去噪方法复杂，麦克风阵列方式成需要运用较多数量的麦克风传感器和多通道同步采集系统，成本高、方法复杂。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就在于提供一种齿轮故障检测装置及方法，以解决现有技术中齿轮故障的声学诊断法中存在去噪方法复杂、采集系统成本高等问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]一种齿轮故障检测装置，包括检测箱、设于检测箱内且相互啮合的待检测齿轮组、驱动齿轮组转动的电机，还包括设于所述检测箱上端且朝向所述齿轮组的麦克风支架，所述麦克风支架上依次设有如下结构：
[0008]采声装置，其与所述麦克风支架过盈配合连接，所述采声装置包括椭圆曲面，所述齿轮组啮合点位于所述椭圆曲面一个焦点上；
[0009]麦克风，其设于所述椭圆曲面的另一个焦点上；
[0010]能量回收装置，用于将所述齿轮组工作时的振动能量转化为电能给所述采声装置供电。
[0011]作为本专利技术的进一步优化方案，所述采声装置还包括与所述椭圆曲面连接的环形部，所述环形部上开设有用于引出所述麦克风导线的通孔。
[0012]作为本专利技术的进一步优化方案，所述麦克风支架包括主体和端盖，所述主体底部呈网状结构、顶部与所述端盖过盈配合连接，所述端盖上开设于用于安装所述麦克风的凹槽。
[0013]作为本专利技术的进一步优化方案，所述主体与所述端盖之间设有连接部，所述连接部与所述端盖均为圆柱状结构设置，且所述连接部的径向直径小于所述端盖的径向直径。
[0014]作为本专利技术的进一步优化方案，所述能量回收装置包括质量块、弹性支架、以及设于所述弹性支架上的压电片，所述质量块与所述弹性支架连接，所述弹性支架连接于麦克风放置架主体上。
[0015]作为本专利技术的进一步优化方案，所述弹性支架的数量不少于8个。
[0016]作为本专利技术的进一步优化方案，所述麦克风具体为单个指向性麦克风或阵列型麦克风。
[0017]一种利用上述所述检测装置进行齿轮故障检测的方法，包括步骤如下：
[0018]S1：调整所述采声装置在所述检测箱上端的位置，使得所述齿轮组啮合点位于所述椭圆曲面的一个焦点上，并将所述麦克风的导线与依次外接NI采集卡、计算机；
[0019]S2：启动所述电机工作，电机驱动所述齿轮组转动，通过NI采集卡和计算机所述麦克风采集的声音信号x(n)输出为信号时域图、频域图以及频域放大图；
[0020]S3：对所述时域图、频域图以及频域放大图进行对比分析得到所述齿轮组的故障频率分布，再对所述声音信息进行处理以排除干扰频率，观察齿轮组早相应转速下的故障倒频率τ，与理论值进行对比，判断故障类型，实现故障诊断。
[0021]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S3中对所述麦克风采集的声音信号记为x(n)进行处理如下：
[0022]S3
‑
1：对信号x(n)做Z变换为X(z)＝N(z)/D(z)，则有
[0023][0024]S3
‑
2：根据Z变换的微分特性可以得到：
[0025][0026]其中若x(n)是最小相位信号，是因果序列；
[0027]S3
‑
3：由Hilbert变换的性质，将所述因果序列分解为偶对称分量和奇对称分量之和：
[0028][0029]其中，
[0030]其中，上述两个分量的傅里叶变换分别为傅里叶变换的实部和虚部；
[0031]S3
‑
4：对所述偶对称分量进行傅里叶变换，观察其在相应转速下的故障倒频率τ，与理论值进行对比，判断故障类型，实现故障诊断。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033](1)本专利技术中椭圆曲面采声装置能将位于椭圆面焦点处的齿轮啮合点声源发射出的声音汇聚到另一个焦点位置的麦克风，实现了声音信号的指向性消噪，有利于故障信号成分的高信噪比获取，有效提升故障诊断的精确性和可靠性；
[0034](2)本专利技术中特殊设计的椭圆曲面采声装置利用椭圆面的反射特性能够捕获更多的声音信号能量，相比于传统的直采方式，采集到的声音信号的强度得到显著增益，有利于提高故障诊断的精确性和可靠性；
[0035](3)本专利技术能够实现非接触式测量，同时本专利技术装置直接正对齿轮啮合处采集声音信号，与传统振动传感器相比，避免了设备中其他不同传递路径的振源的干扰；
[0036](4)本专利技术将故障频率边频簇以单根谱线形式表示，比传统频谱图更加直观，且排除了其他噪声成分干扰；
[0037](5)本专利技术设有振动能量回收模块，可回收齿轮箱的振动能量，实现装置自供电，具有使用方便、通用性广的优点。
附图说明
[0038]图1是本专利技术中提供的齿轮故障检测装置的整体结构示意图；
[0039]图2是本专利技术中采声装置椭圆曲面的轴测图；
[0040]图3是本专利技术中麦克风支架的轴测图；
[0041]图4是本专利技术中能量回收装置的轴测图；
[0042]图5是本专利技术中所提供的齿轮故障检测装置的信号增强原理示意图；
[0043]图6是本专利技术中能量回收装置的能量采集电路图；
[0044]图7是本专利技术具体实施例中三种齿轮故障检测方法所采集的信号对比图；
[0045]图8是本专利技术中采声装置采集信号二倍频局部放大图；
[0046]图9是本专利技术中信号倒频率变化趋势图；
[004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种齿轮故障检测装置，包括检测箱、设于检测箱内且相互啮合的待检测齿轮组、驱动齿轮组转动的电机，其特征在于：还包括设于所述检测箱上端且朝向所述齿轮组的麦克风支架(4)，所述麦克风支架(4)上依次设有如下结构：采声装置(5)，其与所述麦克风支架(4)过盈配合连接，所述采声装置包括椭圆曲面，所述齿轮组啮合点位于所述椭圆曲面一个焦点上；麦克风(6)，其设于所述椭圆曲面的另一个焦点上；能量回收装置(7)，用于将所述齿轮组工作时的振动能量转化为电能给所述采声装置(5)供电。2.根据权利要求1所述的一种齿轮故障检测装置，其特征在于：所述采声装置(5)还包括与所述椭圆曲面连接的环形部，所述环形部上开设有用于引出所述麦克风(6)导线的通孔(101)。3.根据权利要求1所述的一种齿轮故障检测装置，其特征在于：所述麦克风支架(4)包括主体(201)和端盖(202)，所述主体(201)底部呈网状结构、顶部与所述端盖(202)过盈配合连接，所述端盖(202)上开设于用于安装所述麦克风(6)的凹槽。4.根据权利要求3所述的一种齿轮故障检测装置，其特征在于：所述主体(201)与所述端盖(202)之间设有连接部，所述连接部与所述端盖(202)均为圆柱状结构设置，且所述连接部的径向直径小于所述端盖(202)的径向直径。5.根据权利要求4所述的一种齿轮故障检测装置，其特征在于：所述能量回收装置(7)包括质量块(302)、弹性支架(301)、以及设于所述弹性支架(301)上的压电片(303)，所述质量块(302)与所述弹性支架(301)连接，所述弹性支架(301)连接于麦克风放置架主体(201)上。6.根据权利要求4所述的一种齿轮故障检测装置，其特征在于：所述弹性支架(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，许一凡，黄明涛，朱子豪，黄思威，黄新，刘永斌，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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