CN101947744A - 基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法 - Google Patents

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CN101947744A CN 201010268184 CN201010268184A CN101947744A CN 101947744 A CN101947744 A CN 101947744A CN 201010268184 CN201010268184 CN 201010268184 CN 201010268184 A CN201010268184 A CN 201010268184A CN 101947744 A CN101947744 A CN 101947744A
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林京
王琇峰
梅雪松
曹军义
廖与禾
李冬艳
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Abstract

本发明公开了一种基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法，按照如下步骤：(1)在齿轮箱的输入端和输出端安装编码器和光栅尺；(2)编码器和光栅尺测得的振动信号导入状态监测装置。所述步骤(2)是指：利用编码器和光栅尺获得的是角位移信号αi(i＝1，2，3...)，它的单位是度，转化为振动位移信号得
Figure 201010268184.1_AB_0
，振动位移信号进行差分运算得振动速度信号
Figure 201010268184.1_AB_1
，vi再次进行差分运算可得振动加速度信号
Figure 201010268184.1_AB_2
，ai表示为时间的函数为a(t)，对a(t)进行傅里叶变换得频谱函数，其中时间t是积分变量，f是频率(Hz)。本发明的优点在于：无需增加新的传感单元便可实现故障诊断，同时摆脱了常规传感器的局限性，进而可利用该技术对低频输出轴的齿轮箱信号进行获取，实现常规传感器无法进行的低频输出轴齿轮箱的监测诊断。

Description

基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法
技术领域：
本发明属于在线监测领域，涉及一种内置传感器齿轮箱监测方法，尤其涉及低转频输出轴的齿轮箱监测诊断。
背景技术：
齿轮箱是各类机械的变速传动部件，其运行正常与否涉及到整台机器的工作状态。常规的齿轮箱监测诊断使用外置传感器获取振动信息，通过在特定位置安装传感器获取振动信号，对所得信号进行分析得齿轮箱可能存在的故障信息。
利用外置传感器获取信息需要在停机状态下安装传感器，这不仅影响正常作业，而且每次传感器的安装精度和位置也会影响振动信息的获取。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是外置传感器监测安装不方便且影响正常作业，提出了一种新型内置传感器监测方法。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法，按照如下步骤：
(1)在齿轮箱的输入端和输出端都安装编码器和光栅尺；
2)编码器和光栅尺测得的振动信号导入状态监测装置并对振动信号进行分析处理。
所述步骤(2)是指：利用编码器和光栅尺获得的是角位移信号αi(i＝1，2，3...)，角位移信号的单位是度，角位移信号转化为振动位移信号
Figure BDA0000025422930000011
振动位移信号进行差分运算得振动速度信号振动速度信号vi再次进行差分运算可得振动加速度信号
Figure BDA0000025422930000013
将振动加速度信号ai表示为时间的函数为a(t)，对a(t)进行傅里叶变换得频谱函数
Figure BDA0000025422930000014
其中时间t是积分变量，f是频率(Hz)。
本发明的基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法，编码器和光栅尺是数控系统中的位移监测装置，安装在齿轮箱的输入输出端，它的作用是检测齿轮箱振动量并给系统反馈信息。在这里，我们提出一种新的监测诊断方法-利用编码器和光栅尺获取齿轮箱振动信号，它将数控机床控制系统的传感信息，即编码器和光栅尺测得的振动信号导入状态监测装置，该状态监测装置为本领域通常所用的装置，其功能为采集模拟信号并将模拟信号转换为数字信号，可以由电脑和数据采集系统构成。
本发明的核心优势体现为无需增加新的传感单元便可实现故障诊断，同时摆脱了常规传感器的局限性，进而可利用该技术对低频输出轴的齿轮箱信号进行获取，实现常规传感器无法进行的低频输出轴齿轮箱的监测诊断。
附图说明：
图1为本发明引用实例的齿轮箱结构图；
图2为本发明中一号机C轴输入端信号波形图；
图3为本发明中三号机C轴输入端信号波形图；
图4为本发明中一号机C轴输出端信号波形图；
图5为本发明中三号机C轴输出端信号波形图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，某机床厂待诊断齿轮箱结构图，各轴转频及啮合频率如下表所示：
表1：传动轴转频
  转轴   转频/Hz
  级   23.749
  II级   9.392
  III级   0.136
  IV级   0.017
表2：啮合频率
  啮合轴   啮合频率/Hz
  I级与II级   469.58
  II级与III级   9.392
  III级与IV级   3.267
表3：监测信息
  监测设备   输入端编码器
  监测设备   输出端光栅尺
  采样频率   31.25Hz
  输出端转速   1r/min
  测试设备   一号机(异常)、三号机(正常)
  测试方式   往返测试
输出端转速为1r/min，即低转频输出，此例既满足低转频输出监测又不失通用的齿轮箱故障监测，适合说明此项技术的通用性且能表达它的新特性。
编码器和光栅尺作为数控机床的位移检测装置，分别安装在齿轮箱输入和输出端，其输出的是振动角位移信号，换算为振动位移信号进行处理，通过差分运算最终得到振动速度和加速度信号，通过MATLAB程序实现差分运算并进行傅里叶变化得到加速度信号的频域信息。其时域和频域波形如附图所示：
对比一号机和三号机发现，一号机C轴传动系统特差，三号机C轴传动系统特性优，分析输入输出端加速度时域频域波形发现一号机存在明显的调制频率，调制频率为III级转频，故可以推断可能存在的故障：
第一，第III级转轴存在弯曲变形；
第二，第III级齿轮几何中心与回转中心偏差过大。
由此可得，利用编码器和光栅尺获得的信息可用于齿轮箱故障监测。它是一种特殊的内置传感器，获取信号在不需要重新安装传感器的前提下更加方便，其推广将对以后的故障监测与诊断技术有很好的推进作用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (2)

1.一种基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法，其特征在于，按照如下步骤：
(1)在齿轮箱的输入端和输出端都安装编码器和光栅尺；
(2)编码器和光栅尺测得的振动信号导入状态监测装置并对振动信号进行分析处理。
2.如权利要求1所述一种基于数控设备内置传感器信息的齿轮箱状态监测方法，其特征在于，所述步骤(2)是指：利用编码器和光栅尺获得的是角位移信号αi(i＝1，2，3...)，角位移信号的单位是度，角位移信号转化为振动位移信号振动位移信号进行差分运算得振动速度信号
Figure FDA0000025422920000012
振动速度信号vi再次进行差分运算可得振动加速度信号将振动加速度信号ai表示为时间的函数为a(t)，对a(t)进行傅里叶变换得频谱函数
Figure FDA0000025422920000014
其中时间t是积分变量，f是频率(Hz)。
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