CN103291890A

CN103291890A - 一种低速齿轮信息箱体

Info

Publication number: CN103291890A
Application number: CN2012105280264A
Authority: CN
Inventors: 邵毅敏; 苏代忠
Original assignee: Chongqing University; Nottingham Trent University
Current assignee: Chongqing University; Nottingham Trent University
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN103291890B

Abstract

本发明公开一种低速齿轮信息箱体，包括箱体、高速输入轴、中间轴、低速输出轴、圆锥滚子轴、一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动小齿轮以及二级传动大齿轮，其特征在于：在箱体的后壁上开设有第一振动检测孔、第二振动检测孔以及第一齿轮脉冲检测孔，在箱体的前壁上开设有第二齿轮脉冲检测孔以及齿轮位移检测孔，在振动检测孔中安装有振动检测仪，在齿轮脉冲检测孔中安装有脉冲检测仪，在齿轮位移检测孔中还安装有位移检测仪。其显著效果是：箱体结构简单，布局合理，准确选择了检测点和检测设备，能对低速齿轮箱的早期故障实现高精度、低成本、低能耗的检测及诊断，提高了低速齿轮箱故障的检测精度和效率。

Description

一种低速齿轮信息箱体

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱，特别是涉及一种低速齿轮信息箱体。

背景技术

现有的低速齿轮箱通常只有箱体本身，要想对箱体进行故障诊断，通常采用振动测量法、油液分析法和声发射法，对于振动测量法而言，由于低速齿轮箱转速低，因齿轮故障引起的冲击能量小，其振动信号不明显。同时，斜齿轮和弧齿锥齿轮的承载能力大，轻微故障对其系统等的振动影响小，所以，目前基于振动的诊断方法识别困难，不易诊断。而油液分析法因为采样分析滞后，实现实时诊断困难，影响故障早期诊断能力。而声发射法对硬件要求高，且容易受到外界因素干扰，诊断成功率不高。

因此，现有技术中基于低速齿轮箱的诊断还存在一些问题，本领域科研人员急需开发一种可实现对低速齿轮的早期故障进行高精度、低成本、低能耗的检测及诊断系统。

发明内容

鉴于现有技术的诸多缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现对低速齿轮的早期故障进行高精度、低成本、低能耗的检测及诊断系统，以提高低速齿轮箱故障的检测精度和效率。

为达到上述目的，本发明的提出了一种低速齿轮信息箱体，包括箱体、高速输入轴、中间轴以及低速输出轴，在箱体左、右两边箱壁上横向设置有第一圆锥滚子轴和第二圆锥滚子轴，在箱体中间支撑壁上横向设置有第三圆锥滚子轴和第四圆锥滚子轴，在箱体前、后两边箱壁上纵向设置有第五圆锥滚子轴和第六圆锥滚子轴；

所述高速输入轴安装在第一圆锥滚子轴和第二圆锥滚子轴上，该高速输入轴的一端伸出箱体外，另一端安装有一级传动小齿轮；

所述中间轴安装在第三圆锥滚子轴和第四圆锥滚子轴上，该中间轴的一端安装有与所述一级传动小齿轮相啮合的一级传动大齿轮，另一端安装有二级传动小齿轮；

所述低速输出轴安装在第五圆锥滚子轴和第六圆锥滚子轴上，在低速输出轴上设置有与所述二级传动小齿轮相啮合的二级传动大齿轮，该低速输出轴的一端伸出箱体外；

高速输入轴上的一级传动小齿轮带动中间轴上的一级传动大齿轮转动，中间轴另一端的二级传动小齿轮带动低速输出轴上的二级传动大齿轮转动，从而实现高速输入轴向低速输出轴之间的动力传输。

本发明的要点在于：在箱体的后壁上开设有第一振动检测孔、第二振动检测孔以及第一齿轮脉冲检测孔，其中第一振动检测孔和第二振动检测孔分别正对所述第一圆锥滚子轴和第二圆锥滚子轴的径向方向，第一齿轮脉冲检测孔正对所述一级传动小齿轮；在箱体的前壁上还开设有第二齿轮脉冲检测孔以及齿轮位移检测孔，其中第二齿轮脉冲检测孔正对所述一级传动大齿轮，齿轮位移检测孔靠近所述二级传动小齿轮；

在所述第一振动检测孔和第二振动检测孔中分别安装有振动检测仪，在所述第一齿轮脉冲检测孔和第二齿轮脉冲检测孔中分别安装有脉冲检测仪，在所述齿轮位移检测孔中还安装有位移检测仪。

通过在箱体的特定位置上设置第一振动检测孔、第二振动检测孔、第一齿轮脉冲检测孔、第二齿轮脉冲检测孔以及齿轮位移检测孔，同时在各个检测孔内分别安装有振动检测仪、脉冲检测仪以及位移检测仪，通过对各个检测仪的检测信号进行处理和判断，即可准确的判定出齿轮箱的故障形式，对齿轮箱的工作状态进行实时分析和诊断。

进一步描述，所述振动检测仪由压电式加速度传感器和磁座组成，压电式加速度传感器通过磁座固定在所述第一振动检测孔或第二振动检测孔中。

优选，所述第一振动检测孔和第二振动检测孔的直径较磁座的直径大1~2mm，第一振动检测孔的孔底与第一圆锥滚子轴外径间的径向距离以及第二振动检测孔的孔底与第二圆锥滚子轴外径间的径向距离均为2~3mm。

由于第一圆锥滚子轴和第二圆锥滚子轴用于支撑高速输入轴，起转动速度较快，振动信号较强，所以采用振动检测仪来提取检测信号，这里选用压电式加速度传感器来提取整个箱体的振动信号，通过对振动信号进行时域分析获得振动信号的RMS值X₁和峭度指标X₂，将X₁、X₂和RMS值阈值X_r和峭度指标X_q进行对比分析，即可判断低速齿轮箱是否出现故障。对振动信号进行频域分析确定分析频带f_Bi，再对振动信号进行解调分析获得特征频率f_1i（i=1,2，…，N）的幅值X_3i，将X_3i和特征频率f_1i的幅值阈值X_f1i对比分析，即可判断哪一个齿轮出现故障。

进一步描述，所述脉冲检测仪设置有磁电式传感器，所述磁电式传感器固定在安装管的一端，安装管的另一端套接有调节螺母，安装管与第一齿轮脉冲检测孔或第二齿轮脉冲检测孔之间通过螺纹连接固定。

优选，所述第一齿轮脉冲检测孔和第二齿轮脉冲检测孔均为通孔。

高速输入轴与中间轴之间通过一级传动小齿轮和二级传动小齿轮实现动力传输，属于第一级变速，将高速输入转化为中速运转，在齿轮啮合的过程中容易产生脉冲，因此，在靠近一级传动小齿轮和二级传动小齿轮的位置处安装脉冲检测仪，通过脉冲检测仪提取箱体的脉冲信号，对脉冲信号进行脉冲波形分析获得脉冲信号的脉冲波形因子X_4i，将X_4i与脉冲波形因子阈值X_Wi进行对比分析，判断齿轮故障形式，包括点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。对脉冲信号进行脉冲幅值分析获得脉冲信号的脉冲幅值因子X_5i，将X_5i与脉冲幅值因子阈值X_Ai进行对比分析，判断齿轮故障形式；对脉冲信号进行脉冲数分析获得脉冲信号的单位脉冲数X₆，将X₆与设定的单位脉冲数X_N进行对比分析，判断齿轮转速是否正常。

进一步描述，所述位移检测仪包括电涡流式位移传感器、弯管以及固定螺母，所述电涡流式位移传感器固定在弯管的一端并伸入箱体内，电涡流式位移传感器的端面正对所述二级传动小齿轮，弯管的另一端通过螺纹连接在齿轮位移检测孔上，在弯管另一端的端头上套接所述固定螺母。

优选，所述齿轮位移检测孔为倾斜通孔。

在整个箱体中，中间轴最容易发生移位，一旦发生移位，二级传动小齿轮与二级传动大齿轮之间的啮合会受到影响，因此，在靠近二级传动小齿轮的位置安装位移检测仪，通过位移检测仪提取箱体的位移信号，对位移信号进行时域分析获得位移信号的均值X_7i和峰值指标X_8i，将X_7i、X_8i和均值阈值X_mi和峰值指标X_pi进行对比分析，判断判断齿轮故障形式：点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。对位移信号进行小波分析获得位移信号特征频率f_2i的幅值X_9i，将X_9i和特征频率f_2i的幅值阈值X_f2i对比分析，判断齿轮故障形式：点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。

经过上述三种检测仪器的联合检测，最终完成对低速齿轮箱齿轮故障的分析和诊断，达到高精度、低成本、低能耗的实时检测。

为了便于安装，所述一级传动小齿轮和所述一级传动大齿轮均为斜齿轮，所述二级传动小齿轮和二级传动大齿轮均为弧齿锥齿轮。

本发明的显著效果是：箱体结构简单，布局合理，准确选择了检测点和检测设备，能对低速齿轮箱的早期故障实现高精度、低成本、低能耗的检测及诊断，提高了低速齿轮箱故障的检测精度和效率。

附图说明

图1是本发明的箱体结构示意图；

图2是振动检测仪的结构示意图；

图3是脉冲检测仪的结构示意图；

图4是位移检测仪的结构示意图；

图5是安装有检测仪的箱体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种低速齿轮信息箱体，包括箱体17、高速输入轴1、中间轴13以及低速输出轴19，在箱体17左、右两边箱壁上横向设置有第一圆锥滚子轴2和第二圆锥滚子轴8，在箱体17中间支撑壁上横向设置有第三圆锥滚子轴11和第四圆锥滚子轴12，在箱体17前、后两边箱壁上纵向设置有第五圆锥滚子轴4和第六圆锥滚子轴18；

所述高速输入轴1安装在第一圆锥滚子轴2和第二圆锥滚子轴8上，通过第一圆锥滚子轴2和第二圆锥滚子轴8实现高速输入轴1的支撑，高速输入轴1的一端伸出箱体17外，另一端安装有一级传动小齿轮10；

所述中间轴13安装在第三圆锥滚子轴11和第四圆锥滚子轴12上，通过第三圆锥滚子轴11和第四圆锥滚子轴12实现中间轴13的支撑，中间轴13的一端安装有与所述一级传动小齿轮10相啮合的一级传动大齿轮14，另一端安装有二级传动小齿轮9；

所述低速输出轴19安装在第五圆锥滚子轴4和第六圆锥滚子轴18上，通过第五圆锥滚子轴4和第六圆锥滚子轴18实现低速输出轴19的支撑，在低速输出轴19上设置有与所述二级传动小齿轮9相啮合的二级传动大齿轮5，该低速输出轴19的一端伸出箱体17外；

箱体17外部的动力设备带动高速输入轴1的一端转动，高速输入轴1的另一端通过一级传动小齿轮10带动中间轴13一端的一级传动大齿轮14转动，中间轴13另一端的二级传动小齿轮9带动低速输出轴19上的二级传动大齿轮5转动，低速输出轴19的另一端伸出箱体17外带动其他设备运转，整个箱体17作为变速器实现了高速输入到低速输出的转化。

为了实现箱体17内部设备的故障检测，在箱体17的后壁上开设有第一振动检测孔3、第二振动检测孔6以及第一齿轮脉冲检测孔7，其中第一振动检测孔3和第二振动检测孔6分别正对所述第一圆锥滚子轴2和第二圆锥滚子轴8的径向方向，第一齿轮脉冲检测孔7正对所述一级传动小齿轮10；在箱体17的前壁上还开设有第二齿轮脉冲检测孔15以及齿轮位移检测孔16，其中第二齿轮脉冲检测孔15正对所述一级传动大齿轮14，齿轮位移检测孔16靠近所述二级传动小齿轮9；

在所述第一振动检测孔3和第二振动检测孔6中分别安装有振动检测仪A，在所述第一齿轮脉冲检测孔7和第二齿轮脉冲检测孔15中分别安装有脉冲检测仪B，在所述齿轮位移检测孔16中还安装有位移检测仪C。

通过在箱体17的特定位置上设置第一振动检测孔3、第二振动检测孔6、第一齿轮脉冲检测孔7、第二齿轮脉冲检测孔15以及齿轮位移检测孔16，同时在各个检测孔内分别安装有振动检测仪A、脉冲检测仪B以及位移检测仪C，通过对各个检测仪的检测信号进行处理和判断，即可准确的判定出齿轮箱的故障形式，对齿轮箱的工作状态进行实时分析和诊断。

如图2所示，在实施过程中，为了实现各种检测仪的安装与固定，所述振动检测仪A由压电式加速度传感器A1和磁座A2组成，压电式加速度传感器A1通过磁座A2固定在所述第一振动检测孔3或第二振动检测孔6中。

如图3所示，所述脉冲检测仪B设置有磁电式传感器B1，所述磁电式传感器B1固定在安装管B3的一端，安装管B3的另一端套接有调节螺母B2，安装管B3与第一齿轮脉冲检测孔7或第二齿轮脉冲检测孔15之间通过螺纹连接固定。

如图4所示，所述位移检测仪C包括电涡流式位移传感器C1、弯管C2以及固定螺母C3，所述电涡流式位移传感器C1固定在弯管C2的一端并伸入箱体17内，电涡流式位移传感器C1的端面正对所述二级传动小齿轮9，弯管C2的另一端通过螺纹连接在齿轮位移检测孔16上，在弯管C2另一端的端头上套接所述固定螺母C3。

为了让各种传感器更加的靠近被测齿轮，所述第一振动检测孔3和第二振动检测孔6的直径较磁座A2的直径大1～2mm，第一振动检测孔3的孔底与第一圆锥滚子轴2外径间的径向距离以及第二振动检测孔6的孔底与第二圆锥滚子轴8外径间的径向距离均为2~3mm。所述第一齿轮脉冲检测孔7和第二齿轮脉冲检测孔15均为通孔。所述齿轮位移检测孔16为倾斜通孔。

为了便于箱体17内各种轴的安装与布置，所述一级传动小齿轮10和所述一级传动大齿轮14均为斜齿轮，所述二级传动小齿轮9和二级传动大齿轮5均为弧齿锥齿轮。

如图5所示，将各种传感器安装在低速齿轮箱上，其工作原理如下：

由于第一圆锥滚子轴2和第二圆锥滚子轴8用于支撑高速输入轴，起转动速度较快，振动信号较强，所以采用振动检测仪来提取检测信号，这里选用压电式加速度传感器来提取整个箱体的振动信号，通过对振动信号进行时域分析获得振动信号的RMS值X₁和峭度指标X₂，将X₁、X₂和RMS值阈值X_r和峭度指标X_q进行对比分析，即可判断低速齿轮箱是否出现故障。对振动信号进行频域分析确定分析频带f_Bi，再对振动信号进行解调分析获得特征频率f_1i（i=1,2，…，N）的幅值X_3i，将X_3i和特征频率f_1i的幅值阈值X_f1i对比分析，即可判断哪一个齿轮出现故障。

高速输入轴与中间轴之间通过一级传动小齿轮10和二级传动小齿轮9实现动力传输，属于第一级变速，将高速输入转化为中速运转，在齿轮啮合的过程中容易产生脉冲，因此，在靠近一级传动小齿轮10和二级传动小齿轮9的位置处安装脉冲检测仪，通过脉冲检测仪提取箱体的脉冲信号，对脉冲信号进行脉冲波形分析获得脉冲信号的脉冲波形因子X_4i，将X_4i与脉冲波形因子阈值X_Wi进行对比分析，判断齿轮故障形式，包括点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。对脉冲信号进行脉冲幅值分析获得脉冲信号的脉冲幅值因子X_5i，将X_5i与脉冲幅值因子阈值X_Ai进行对比分析，判断齿轮故障形式；对脉冲信号进行脉冲数分析获得脉冲信号的单位脉冲数X₆，将X₆与设定的单位脉冲数X_N进行对比分析，判断齿轮转速是否正常。

在整个箱体中，中间轴最容易发生移位，一旦发生移位，二级传动小齿轮9与二级传动大齿轮5之间的啮合会受到影响，因此，在靠近二级传动小齿轮9的位置安装位移检测仪，通过位移检测仪提取箱体的位移信号，对位移信号进行时域分析获得位移信号的均值X_7i和峰值指标X_8i，将X_7i、X_8i和均值阈值X_mi和峰值指标X_pi进行对比分析，判断判断齿轮故障形式：点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。对位移信号进行小波分析获得位移信号特征频率f_2i的幅值X_9i，将X_9i和特征频率f_2i的幅值阈值X_f2i对比分析，判断齿轮故障形式：点蚀、剥落断齿、断齿和裂纹。

Claims

1.一种低速齿轮信息箱体，包括箱体（17）、高速输入轴（1）、中间轴（13）以及低速输出轴（19），在箱体（17）左、右两边箱壁上横向设置有第一圆锥滚子轴（2）和第二圆锥滚子轴（8），在箱体（17）中间支撑壁上横向设置有第三圆锥滚子轴（11）和第四圆锥滚子轴（12），在箱体（17）前、后两边箱壁上纵向设置有第五圆锥滚子轴（4）和第六圆锥滚子轴（18）；

所述高速输入轴（1）安装在第一圆锥滚子轴（2）和第二圆锥滚子轴（8）上，该高速输入轴（1）的一端伸出箱体（17）外，另一端安装有一级传动小齿轮（10）；

所述中间轴（13）安装在第三圆锥滚子轴（11）和第四圆锥滚子轴（12）上，该中间轴（13）的一端安装有与所述一级传动小齿轮（10）相啮合的一级传动大齿轮（14），另一端安装有二级传动小齿轮（9）；

所述低速输出轴（19）安装在第五圆锥滚子轴（4）和第六圆锥滚子轴（18）上，在低速输出轴（19）上设置有与所述二级传动小齿轮（9）相啮合的二级传动大齿轮（5），该低速输出轴（19）的一端伸出箱体（17）外；

其特征在于：在箱体（17）的后壁上开设有第一振动检测孔（3）、第二振动检测孔（6）以及第一齿轮脉冲检测孔（7），其中第一振动检测孔（3）和第二振动检测孔（6）分别正对所述第一圆锥滚子轴（2）和第二圆锥滚子轴（8）的径向方向，第一齿轮脉冲检测孔（7）正对所述一级传动小齿轮（10）；在箱体（17）的前壁上还开设有第二齿轮脉冲检测孔（15）以及齿轮位移检测孔（16），其中第二齿轮脉冲检测孔（15）正对所述一级传动大齿轮（14），齿轮位移检测孔（16）靠近所述二级传动小齿轮（9）；

在所述第一振动检测孔（3）和第二振动检测孔（6）中分别安装有振动检测仪（A），在所述第一齿轮脉冲检测孔（7）和第二齿轮脉冲检测孔（15）中分别安装有脉冲检测仪（B），在所述齿轮位移检测孔（16）中还安装有位移检测仪（C）。

2.根据权利要求1所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述振动检测仪（A）由压电式加速度传感器（A1）和磁座（A2）组成，压电式加速度传感器（A1）通过磁座（A2）固定在所述第一振动检测孔（3）或第二振动检测孔（6）中。

3.根据权利要求2所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述第一振动检测孔（3）和第二振动检测孔（6）的直径较磁座（A2）的直径大1~2mm，第一振动检测孔（3）的孔底与第一圆锥滚子轴（2）外径间的径向距离以及第二振动检测孔（6）的孔底与第二圆锥滚子轴（8）外径间的径向距离均为2~3mm。

4.根据权利要求1所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述脉冲检测仪（B）设置有磁电式传感器（B1），所述磁电式传感器（B1）固定在安装管（B3）的一端，安装管（B3）的另一端套接有调节螺母（B2），安装管（B3）与第一齿轮脉冲检测孔（7）或第二齿轮脉冲检测孔（15）之间通过螺纹连接固定。

5.根据权利要求1或4所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述第一齿轮脉冲检测孔（7）和第二齿轮脉冲检测孔（15）均为通孔。

6.根据权利要求1所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述位移检测仪（C）包括电涡流式位移传感器（C1）、弯管（C2）以及固定螺母（C3），所述电涡流式位移传感器（C1）固定在弯管（C2）的一端并伸入箱体（17）内，电涡流式位移传感器（C1）的端面正对所述二级传动小齿轮（9），弯管（C2）的另一端通过螺纹连接在齿轮位移检测孔（16）上，在弯管（C2）另一端的端头上套接所述固定螺母（C3）。

7.根据权利要求1或6所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述齿轮位移检测孔（16）为倾斜通孔。

8.根据权利要求1所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述一级传动小齿轮（10）和所述一级传动大齿轮（14）均为斜齿轮。

9.根据权利要求1所述的一种低速齿轮信息箱体，其特征在于：所述二级传动小齿轮（9）和二级传动大齿轮（5）均为弧齿锥齿轮。