CN103617463A - 齿轮磨损速度预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮磨损速度预警方法，属于齿轮检测领域，本发明首先构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵，更加贴合实际情况，在检测齿轮磨损时，精度更高；利用时间序列预测法筛选对齿轮磨损状况起着长期的、决定性作用的重要因素作为研究对象，即通过时间序列的历史数据揭示齿轮磨损状况随时间变化的规律，本发明要求单一，只需各指标本身的历史数据，并且可靠性和精确度较高，可以对不同情况的齿轮磨损数据进行预测并报警，可以在齿轮磨损过度之前就对其做出预见性的判断，从而有针对性的采取措施，消除警源，使使用齿轮的工作系统得到保障，在实际情况中有着广泛的适用性。

Description

齿轮磨损速度预警方法

技术领域

本发明属于齿轮检测领域，特别是涉及一种齿轮磨损速度预警方法。 

背景技术

随着科学技术的日益发展，材料与能源的节约变得越来越重要，如何减少齿轮工作中的磨损，延长其使用寿命，是工业生产中至关重要的问题。齿轮磨损是齿轮失效的主要形式之一，对于齿轮系统，齿轮的过度磨损不仅会影响齿轮的传动精度和效率，还会造成机构振动、产生噪声等，严重时甚至会使轮齿断裂，造成重大事故。齿轮的磨损具有缓慢的渐进性特点，对机械系统性能的影响也是一个渐进性缓慢失效的过程，与突发性失效相比往往容易被忽视，但其危害性却很大，齿轮的磨损速度预警方法是齿轮磨损问题研究领域中的一大难题，由于齿轮磨损的复杂性，参数多且工况复杂，至今仍没有一种方法能够准确预测齿轮的磨损速度，以致不能齿轮使用情况及时更换齿轮，造成无法估计的损失，甚至于威胁人们的生命安全。 

因此本领域技术人员致力于开发一种更加准确的齿轮磨损速度方法。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种更加准确的齿轮磨损速度方法。 

为实现上述目的，本发明提供了一种齿轮磨损速度预警方法，包括以下步骤： 

步骤一、构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵； 

步骤二、通过齿轮磨损速度的历史实测数据计算齿轮磨损速度的各时间段的综合指数； 

步骤三、通过时间序列预测法对齿轮磨损速度进行预测； 

步骤四、判断是否达到报警阈值；当达到报警阈值时，进行报警；当没有达到报警阈值时，执行步骤五； 

步骤五、判断是否接收到结束指令，当接收到结束指令时，报警结束；当没有接收到结束指令时，返回执行步骤四； 

所述构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵按以下步骤进行： 

首先构造一个比较矩阵b_ij，i＝1，2.....n，j＝1，2.....n，n为正整数； 

计算

得到权重矩阵C_ij；所述r_i＝∑b_ij(i＝1，2.....n)；r_max＝Max{r_i}，r_min＝Min{r_i}，b_m＝r_max/r_min； 

所述步骤二为用均方根法求权重矩阵C_ij的权值。 

采用上述技术方案，相较传统的方法在判断过程中存在复杂性和模糊性，较难一次通过一致性检验，本发明采用了层次分析法的改进法，设计了一种新的权重矩阵，更加贴合实际情况，在检测齿轮磨损时，精度更高。 

较佳的，所述影响齿轮磨损速度的各指标包括齿轮接触应力值、齿轮重量 值、齿轮硬度值、载荷值、速度值、温度值和齿轮表面粗糙度值。采用以上技术方案，能够更加完整、准确、充分的预测齿轮的磨损速度。 

较佳的，所述时间序列预测法为二次指数平滑法。采用以上技术方案，相较其他时间序列预测方法，二次指数平滑法对于预测有线性趋势变化的时间序列效果更好，进一步的提高了本发明的精度。 

本发明的有益效果是：本发明首先构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵，更加贴合实际情况，在检测齿轮磨损时，精度更高；利用时间序列预测法筛选对齿轮磨损状况起着长期的、决定性作用的重要因素作为研究对象，即通过时间序列的历史数据揭示齿轮磨损状况随时间变化的规律，本发明要求单一，只需各指标本身的历史数据，并且可靠性和精确度较高，可以对不同情况的齿轮磨损数据进行预测并报警，可以在齿轮磨损过度之前就对其做出预见性的判断，从而有针对性的采取措施，消除警源，使使用齿轮的工作系统得到保障，在实际情况中有着广泛的适用性。 

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明： 

如图1所示，一种齿轮磨损速度预警方法，包括以下步骤： 

步骤一、构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵。 

步骤二、通过齿轮磨损速度的历史实测数据计算齿轮磨损速度的各时间段的综合指数。 

步骤三、通过时间序列预测法对齿轮磨损速度进行预测。 

步骤四、判断是否达到报警阈值；当达到报警阈值时，进行报警；当没有达到报警阈值时，执行步骤五；本实施例中，进行报警的方式为计算机发出报警声，当然，还可以为计算机控制报警灯亮及其他报警方式，其均应在本发明的保护范围内。 

步骤五、判断是否接收到结束指令，当接收到结束指令时，报警结束；当没有接收到结束指令时，返回执行步骤四。 

所述构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵按以下步骤进行： 

首先构造一个比较矩阵b_ij，i＝1，2.....n，j＝1，2.....n，n为正整数； 

计算得到权重矩阵C_ij；所述r_i＝∑b_ij(i＝1，2.....n)；r_max＝Max{r_i}，r_min＝Min{r_i}，b_m＝r_max/r_min； 

所述步骤二为用均方根法求权重矩阵C_ij的权值。 

本实施例中，所述影响齿轮磨损速度的各指标包括齿轮接触应力值、齿轮重量值、齿轮硬度值、载荷值、速度值、温度值和齿轮表面粗糙度值。通过时间序列预测法对齿轮磨损速度进行预测采用二次指数平滑法进行预测；其为现有技术，在此不再赘述。 

本实施例根据待测齿轮特点选取齿轮硬度值、载荷值、速度值、温度值和齿轮表面粗糙度值为齿轮磨损元素，其值如表1所示，表1为五种齿轮磨损元素的值： 

齿轮硬度值	0.6
		齿轮载荷值	300
齿轮速度值	300
		齿轮温度值	0.5
齿轮表面粗糙度值	25

表1 五种齿轮磨损元素的值 

根据表1和公式

i为表1中对应元素的值，j为设定好的标准值，可以得出比较矩阵。 

本实施例中，根据矩阵 $\begin{array}{ccccc}1& 2& 2& 0& 2\\ 0& 1& 1& 0& 0\\ 0& 1& 1& 0& 0\\ 2& 2& 2& 1& 2\\ 0& 2& 2& 0& 1\end{array}$ 计算r_i＝∑b_ij(i＝1，2.....n)，即按行求和，则可以得到r₁=7,r₂=2,r₃=2,r₄=9,r₅=5； 

计算

其中r_max＝Max{r_i}，r_min＝Min{r_i}，b_m＝r_max/r_min，得到权重矩阵: 

$\begin{array}{ccccc}1& \frac{7}{2}& \frac{7}{2}& \frac{1}{2}& 2\\ \frac{2}{7}& 1& 1& \frac{2}{9}& \frac{2}{5}\\ \frac{2}{7}& 1& 1& \frac{2}{9}& \frac{2}{5}\\ 2& \frac{9}{2}& \frac{9}{2}& 1& 3\\ \frac{1}{2}& \frac{5}{2}& \frac{5}{2}& \frac{1}{3}& 1\end{array};$

根据上述权重矩阵，判断矩阵中每行元素连乘并开n次方： 

第一行：

第二行：

第三行：

第四行：

第五行：

设定权重为W_i，求权重： $w_i=w_i^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*},i=\mathrm{1,2},...,n,$

上一步的五个数求和： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=6.2298;$

五个权重计算如下： 

$w_1=w_1^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=0.2649,$ $w_2=w_2^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=0.0770,$

$w_3=w_3^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=0.0770,$ $w_4=w_4^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=0.4193,$

$w_5=w_5^{*}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i^{*}=0.1618,$

综上所述，按层次分析法确定齿轮硬度值、齿轮载荷值、齿轮速度值、齿轮温度值和齿轮表面粗糙度值五种值的权重如表2所示，表2为定齿轮硬度值、齿轮载荷值、齿轮速度值、齿轮温度值和齿轮表面粗糙度值的权重： 

表2 五种齿轮磨损元素的权重 

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (3)

1.一种齿轮磨损速度预警方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵；

步骤二、通过齿轮磨损速度的历史实测数据计算齿轮磨损速度的各时间段的综合指数；

步骤三、通过时间序列预测法对齿轮磨损速度进行预测；

步骤四、判断是否达到报警阈值；当达到报警阈值时，进行报警；当没有达到报警阈值时，执行步骤五；

步骤五、判断是否接收到结束指令，当接收到结束指令时，报警结束；当没有接收到结束指令时，返回执行步骤四；

所述构建影响齿轮磨损速度的各指标的权重矩阵按以下步骤进行：

首先构造一个比较矩阵b_ij，i＝1，2.....n，j＝1，2.....n，n为正整数；

计算得到权重矩阵C_ij；所述r_i＝Σb_ij(i＝1，2.....n)；r_max＝Max{r_i}，r_min＝Min{r_i}，b_m＝r_max/r_min；

所述步骤二为用均方根法求权重矩阵C_ij的权值。

2.如权利要求1所述的齿轮磨损速度预警方法，其特征是：所述影响齿轮磨损速度的各指标包括齿轮接触应力值、齿轮重量值、齿轮硬度值、载荷值、速度值、温度值和齿轮表面粗糙度值。

3.如权利要求1或2所述的齿轮磨损速度预警方法，其特征是：所述时间序列预测法为二次指数平滑法。

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