CN105352728A - 一种配对齿轮振动性能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配对齿轮振动性能检测系统及方法，属于齿轮检测领域。本发明配对齿轮振动性能检测系统包括加速度传感器、信号放大装置、数据采集装置、工控机、PLC控制器及配对齿轮检测机，所述信号放大装置分别与所述加速度传感器和数据采集装置相连，所述工控机分别与所述数据采集装置和所述PLC控制器相连，所述配对齿轮检测机与所述PLC控制器相连。本发明的有益效果为：对采集齿轮啮合时的振动加速度信号进行时频定量分析，实现了主减速器配对齿轮检测的实时性、准确性、可靠性；能够方便直观的观察出配对齿轮的质量高低并且分析产生故障的原因。

Description

一种配对齿轮振动性能检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮检测系统及方法，尤其涉及一种配对齿轮振动性能检测系统及检测方法。

背景技术

国内现有的配对齿轮振动性能检测完全靠人耳感官判断，这样存在以下问题：

(1)该技术方案完全依赖于技术工人的娴熟程度和主观判断，由于每个人的判断能力具有差异性，因而难以分析和评判故障点及其原因，易出现误判。

(2)对于评判标准是单一化的，只能判断配对齿轮是否合格，且精度低。

(3)针对实际量产化需求，对技术工人劳动强度高，效率低。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种配对齿轮振动性能检测系统，还提供了一种基于该系统的配对齿轮振动性能检测方法。

本发明配对齿轮振动性能检测系统包括加速度传感器、信号放大装置、数据采集装置、工控机、PLC控制器及配对齿轮检测机，所述信号放大装置分别与所述加速度传感器和数据采集装置相连，所述工控机分别与所述数据采集装置和所述PLC控制器相连，所述配对齿轮检测机与所述PLC控制器相连。

本发明作进一步改进，还包括故障报警装置，所述故障报警装置与所述PLC控制器相连。

本发明作进一步改进，所述故障报警装置为指示灯和/或蜂鸣器。

本发明作进一步改进，所述加速度传感器为2个，其中一个测量配对齿轮的垂直振动加速度，另外一个测量配对齿轮的水平振动加速度。

本发明作进一步改进，测量配对齿轮的垂直振动的加速度传感器设置在与主轴连接的齿轮的上方，测量配对齿轮的水平振动的加速度传感器设置在主轴连接的齿轮旁边。

本发明作进一步改进，所述工控机设有测试系统，所述测试系统包括用户管理模块、参数设置模块、状态检测模块、数据管理模块和帮助模块，所述用户管理模块包括用户设置模块、用户登陆模块和密码管理模块；所述参数设置模块包括系统参数设置模块、检测齿轮信息输入模块和阈值设置模块；所述状态检测模块包括工况检测模块、合格显示模块和不合格报警模块；所述数据管理模块包括数据查询模块和数据备份模块；所述帮忙模块包括使用说明和PLC测试模块。

本发明还提供了一种实现上述配对齿轮振动性能检测系统检测的方法，包括如下步骤：

S1：将齿轮安装到配对齿轮检测机上；

S2：PLC控制器控制齿轮检测机带动齿轮配对啮合，配对齿轮检测机的电机驱动主轴带动主动齿轮转动，从而对配对齿轮进行检测；

S3：加速度传感器检测配对齿轮的振动信号，并传输给信号放大装置；

S4：信号放大装置对加速度传感器采集的信号进行放大处理，传输给数据采集装置；

S5：所述信号采集装置将采集的信号发送给工控机；

S6：工控机接收数据采集装置的信号，进行信号分析与处理，并与工控机内的测试系统设置的阈值进行比较；

S7：判断信号值是否超过阈值，如果是，配对齿轮不合格；如果否，配对齿轮合格。

本发明作进一步改进，还包括故障报警步骤，当配对齿轮不合格时，进行故障报警。

本发明作进一步改进，在步骤S2中，配对齿轮检测机的检测流程包括：(1)启动电机，正转运行20S；(2)延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；(3)电机停止运行5S；(4)电机反转运行20S；(5)延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；(6)卸下配对齿轮，检测结束。

本发明作进一步改进，PLC控制器控制电机的正转、停止和反转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：摒弃了传统低效率，低精度的、且劳动强度高的人工耳判的感知方式，建立了基于计算机的振动检测系统，对采集齿轮啮合时的振动加速度信号进行时频定量分析，实现了主减速器配对齿轮检测的实时性、准确性、可靠性；测试系统具有振动数据采集，数据处理，振动数据实时显示的功能，同时提供数据的时域分析与频域分析，能够方便直观的观察出配对齿轮的质量高低并且分析产生故障的原因；通过主轴带动主动齿轮正转与反转来模拟汽车实际的工作状态，以检测配对齿轮运行过程中的振动加速度信号；检测的配对齿轮不合格时有视觉或/和听觉警报；不仅能够对齿轮故障进行诊断，还能够对数据进行记录整理，以方便对数据的查询和统计。

附图说明

图1为本发明配对齿轮振动性能检测系统结构示意图；

图2为本发明工控机内功能模块示意图；

图3为本发明配对齿轮振动性能检测方法流程图；

图4为本发明配对齿轮检测机检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明配对齿轮振动性能检测系统包括加速度传感器、信号放大装置、数据采集装置、工控机、PLC(可编程逻辑控制器)控制器及配对齿轮检测机，所述信号放大装置分别与所述加速度传感器和数据采集装置相连，所述工控机分别与所述数据采集装置和所述PLC控制器相连，所述配对齿轮检测机与所述PLC控制器相连。

其中，加速度传感器对主减速器配对齿轮振动加速度信号进行采集并利用信号分析技术和智能方法，提炼出配对齿轮振动特征信号，进而实现配对齿轮品质的检测。为了使测量数据和结果更加准确，所述加速度传感器为2个，其中一个测量配对齿轮的垂直振动，安装在主轴连接的齿轮的上方；另外一个测量配对齿轮的水平振动，安装在主轴齿轮旁边。

所述信号放大装置可以为前置放大器、电荷放大器、调理仪、电压放大器等，在本实施例中优选电荷放大器。所述数据采集装置可以为数据采集卡。因加速度传感器测量配对齿轮机械振动量——加速度，输出的电荷信号比较微弱，不能直接被数据采集卡3采集，需要用电荷放大器把较弱的电荷信号转化为较强的能被数据采集卡采集的电压信号，数据采集卡连接工控机，工控机接收采集的数据。

优选的，本发明还包括故障报警装置，所述故障报警装置与所述PLC控制器相连，所述故障报警装置可以为红、绿指示灯和/或蜂鸣器。如果配对齿轮检测合格，指示灯显示为绿色，如果配对齿轮检测不合格，指示灯显示为红色，如果同时设有蜂鸣器，那么会出现蜂鸣报警声。使工作人员可以不看检测结果而更加直观方便的知道检测的配对齿轮是否合格，还可以设有黄色指示灯，当正在检测时，指示灯显示黄色，用来指示配对齿轮检测机的工作状态。

如图2所示，所述工控机设有测试系统，所述测试系统包括用户管理模块、参数设置模块、状态检测模块、数据管理模块和帮助模块，所述用户管理模块包括用户设置模块、用户登陆模块和密码管理模块；所述参数设置模块包括系统参数设置模块、检测齿轮信息输入模块和阈值设置模块；所述状态检测模块包括工况检测模块、合格显示模块和不合格报警模块；所述数据管理模块包括数据查询模块和数据备份模块；所述帮忙模块包括使用说明和PLC测试模块。

检测之前，在测试系统中进行【PLC测试】,如果出现塔灯红灯闪亮，并伴随蜂鸣器“滴，滴，滴”的叫声，然后塔灯绿灯闪亮，则工控机与PLC通讯正常,系统初始化正常。

【系统参数设置】中输入检测夹具、采集系统参数、齿轮参数、运行时间参数及通讯参数等，在【检测齿轮信息输入】中输入待检测齿轮的信息参数，在【阈值设置】中输入阈值参数，对配对齿轮检测时，对检测的信号进行比较，判断其合格与否。然后，将控制命令输入PLC控制器中，PLC控制器内部的控制电路连接主轴，通过电路的通断控制主轴正、反转带动配对齿轮检测机7的主动齿轮正转与反转来模拟汽车实际的工作状态。

测试系统用于对采集的数据进行时域、频域分析，时域分析形成配对齿轮振动加速度——时间关系曲线，在测试系统中对检测信号的加速度幅值设置一定大小的阈值，通过采集的加速度信号幅值与阈值的比较来判断配对齿轮是否合格，同时可以通过故障报警装置的红、绿指示灯以及蜂鸣器来直观评判齿轮是否合格。

因此，在测试系统的时域界面上，横坐标为时间，纵坐标为加速度，每一个通道的两条红线为设置的齿轮加速度阈值。振动加速度幅值低于规定阈值，控制柜塔灯显示为绿灯，配对齿轮合格；振动加速度幅值高于规定阈值，控制柜塔灯显示为红灯，出现蜂鸣“滴，滴，滴”配对齿轮不合格。频域分析形成配对齿轮振动的频谱图，描述了信号的频率与该频率信号振动加速度幅度的关系。分析频谱图中各种频率成份，确定振动幅值较大的频率段，根据各种齿轮故障时的频率特征，判断齿轮故障类型。以下介绍齿轮故障类型、齿轮故障的成因及造成的故障分类：

(1)齿形误差

齿轮加工程序中造成工作表面轮廓形状的误差，使得实际生产出的齿轮，其工作表面之轮廓形状与设计时的标准存在差异，这就是齿形误差。这种误差将造成齿轮在啮合工作时无法按照既定轨迹与接触方式运作，这将造成载荷分布失衡、啮合刚度异常，并产生齿轮啮合冲击。

(2)齿面毛刺

由于齿轮加工精度不足，而导致齿面的边沿出现了棱状突起(而不是既定的圆弧/45度等标准)，这就是齿面毛刺误差。这种生产上的误差将使得齿轮在啮合运作期间受到毛刺阻力，这种啮合的不协调现象将导致啮合工作中出现以齿轮旋转频率为周期(一个啮合周期中仅有一个齿面引起啮合不平稳)的冲击振动。

(3)齿面硬点

齿轮热处理或其它工序中的误差使得齿面上分布硬化点，这就是齿面硬点误差。这种误差将使得齿轮啮合时既定的面接触成为非理想状态的点接触，而这种接触的异常将使得啮合刚度在工作过程中突变，显然齿面硬点误差是很严重的故障，其会激起强烈的振动异常。

如图3和图4所示，本发明还提供了一种配对齿轮振动性能检测方法，所述配对齿轮振动性能检测方法包括如下步骤：

S1：将齿轮安装到配对齿轮检测机上，PLC控制器控制齿轮检测机带动齿轮配对啮合；

S2：配对齿轮检测机的电机驱动主轴带动主动齿轮转动，从而对配对齿轮进行检测；

S3：加速度传感器检测配对齿轮的振动加速度信号，并传输给信号放大装置；

S4：信号放大装置对加速度传感器采集的信号进行放大处理，传输给数据采集装置；

S5：所述信号采集装置将采集的信号发送给工控机；

S6：工控机接收数据采集装置的信号，进行信号分析与处理，并与工控机内的测试系统设置的阈值进行比较；

S7：判断信号值是否超过阈值，如果是，配对齿轮不合格；如果否，配对齿轮合格。

S8：故障报警，当配对齿轮不合格时，进行故障报警；

在步骤S2中，配对齿轮检测机的检测流程包括：(1)启动电机，正转运行20S；(2)延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；(3)电机停止运行5S；(4)电机反转运行20S；(5)延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；(6)卸下配对齿轮，检测结束。其中，PLC控制器控制电机的正转、停止和反转，其中正转、停止和反转的运行时间不局限于本实施例的时间，具体可以根据实际情况设置。

具体检测流程为：通过PLC控制器内部的控制电路的通断控制主轴正、反转带动配对齿轮检测机的主动齿轮正转与反转来模拟汽车实际的工作状态。并在主轴连接的齿轮上方和水平方向各布置一个加速度传感器用于检测机械振动量-加速度，并通过电荷放大器把较弱的电荷信号转化为较强的能被数据采集卡采集的电压信号，工控机连接数据采集卡接收采集的数据。工控机内部的测试系统对采集的数据进行时域分析，并与设置的加速度阈值曲线比较，振动加速度幅值低于规定阈值，指示灯显示为绿灯，配对齿轮合格；振动加速度幅值高于规定阈值，指示灯显示为红灯，出现蜂鸣“滴，滴，滴”，配对齿轮不合格。通过上述对配对齿轮振动系能的工况测试及分析完成齿轮配对性能的检测，进而用于指导生产实际。

振动加速度的幅值为振动位移和频率平方的乘积，幅值中同时反映了振动频率和位移幅值的影响，这比单纯的振动位移幅值更全面，测量结果更加准确。

本发明具有以下创新点：

(1)摒弃了传统低效率，低精度的、且劳动强度高的人工耳判的感知方式，建立了基于计算机的振动检测系统，对采集齿轮啮合时的振动加速度信号进行时频定量分析，实现了配对齿轮检测的实时性、准确性、可靠性等；

(2)软件部分的开发工具采用C++Builder，具有振动数据采集，数据处理，振动数据实时显示的功能，同时提供数据的时域分析与频域分析，能够方便直观的观察出配对齿轮的质量高低并且分析产生故障的原因；

(3)通过主轴带动主动齿轮正转与反转来模拟汽车实际的工作状态，以检测配对齿轮运行过程中的振动加速度信号；

(4)检测的配对齿轮不合格时有视觉和听觉警报；

(5)本检测系统不仅仅是对齿轮故障的诊断，还对数据进行记录整理，以方便对数据的查询和统计。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：包括加速度传感器、信号放大装置、数据采集装置、工控机、PLC控制器及配对齿轮检测机，所述信号放大装置分别与所述加速度传感器和数据采集装置相连，所述工控机分别与所述数据采集装置和所述PLC控制器相连，所述配对齿轮检测机与所述PLC控制器相连。

2.根据权利要求1所述的配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：还包括故障报警装置，所述故障报警装置与所述PLC控制器相连。

3.根据权利要求2所述的配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：所述故障报警装置为指示灯和/或蜂鸣器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：所述加速度传感器为2个，其中一个测量配对齿轮的垂直振动，另外一个测量配对齿轮的水平振动。

5.根据权利要求4所述的配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：测量配对齿轮的垂直振动的加速度传感器设置在与主轴连接的齿轮的上方，测量配对齿轮的水平振动的加速度传感器设置在主轴连接的齿轮旁边。

6.根据权利要求1-3任一项所述的配对齿轮振动性能检测系统，其特征在于：所述工控机设有测试系统，所述测试系统包括用户管理模块、参数设置模块、状态检测模块、数据管理模块和帮助模块，所述用户管理模块包括用户设置模块、用户登陆模块和密码管理模块；所述参数设置模块包括系统参数设置模块、检测齿轮信息输入模块和阈值设置模块；所述状态检测模块包括工况检测模块、合格显示模块和不合格报警模块；所述数据管理模块包括数据查询模块和数据备份模块；所述帮忙模块包括使用说明和PLC测试模块。

7.实现权利要求1-6任一项所述检测系统的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：将齿轮安装到配对齿轮检测机上，PLC控制器控制齿轮检测机带动齿轮配对啮合；

S2：配对齿轮检测机的电机驱动主轴带动主动齿轮转动，从而对配对齿轮进行检测；

S3：加速度传感器检测配对齿轮的振动加速度信号，并传输给信号放大装置；

S4：信号放大装置对加速度传感器采集的信号进行放大处理，传输给数据采集装置；

S5：所述信号采集装置将采集的信号发送给工控机；

S6：工控机接收数据采集装置的信号，进行信号分析与处理，并与工控机内的测试系统设置的阈值进行比较；

S7：判断信号值是否超过阈值，如果是，配对齿轮不合格；如果否，配对齿轮合格。

8.根据权利要求7所述的配对齿轮振动性能检测方法，其特征在于：还包括故障报警步骤S8，当配对齿轮不合格时，进行故障报警。

9.根据权利要求7所述的配对齿轮振动性能检测方法，其特征在于：在步骤S2中，配对齿轮检测机的检测流程包括：

启动电机，正转运行20S；

延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；

电机停止运行5S；

电机反转运行20S；

延时0.5S开始采样，系统开始判断并显示分析结果；

卸下配对齿轮，检测结束。

10.根据权利要求9所述的配对齿轮振动性能检测方法，其特征在于：PLC控制器控制电机的正转、停止和反转。