CN111458139B - 一种减速机在线监测机构及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减速机技术领域，尤其涉及一种减速机在线监测机构，包括：箱座、齿轮轴、中间传动轴、输出轴和箱盖；箱盖或箱座上固定有压力传感器，压力传感器探头伸入至箱座或箱盖内，箱盖侧壁上具有红外摄像机构；红外摄像机构的拍摄区域朝向一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动大齿轮和二级传动小齿轮的转动面设置；压力传感器与红外摄像机构电连接，当压力传感器监测到的压力大于设定值时，触发红外摄像机构进行红外拍照；箱盖外表面上还具有智能终端，智能终端与压力传感器，且智能终端与红外摄像机构电连接，用于数据的处理和发送。本发明设置为当压力超过一定值时，通过红外摄像机构拍摄内部齿轮的热成像图，可以预判齿轮是否出现问题。

Description

一种减速机在线监测机构及系统

技术领域

本发明涉及减速机技术领域，尤其涉及一种减速机在线监测机构及系统。

背景技术

减速机是一种用作原动件与工作机之间的减速传动装置，其在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，使用它的目的是降低转速，增加转矩，在现代机械中应用极为广泛。在一些重工业领域，例如起重机技术领域，对减速机的安全性能监测也变得越来越重要。

现有技术中，对减速机的安全性能监测包括温度监测和振动监测等；对于温度的监测，常采用温度传感器吸附在轴承外盖和箱体上，直接测量轴承外盖和箱体表面温度，并结合轴承外圈与外盖的经验温度差，估算出轴承外圈温度，以此来预先诊断出轴承外圈温度过高的故障；对于振动的监测，常采用加速度传感器直接测量减速机轴承与轴承外盖，由于箱体属于刚性连接，震动频率可以完全传递，因此通过轴承外盖震动加速度测量，可以直接获取到轴承真实的震动信号。

然而上述监测方式均属于间接监测，其仅仅能够在减速机已经出现故障后才能得到监测数据，并不能实现减速机安全监测的预报功能。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种减速机在线监测机构及系统，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种减速机在线监测机构，实现减速机安全性能的预先监测功能。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种减速机在线监测机构，包括：

箱座，所述箱座内具有容置空间；

齿轮轴，可转动地设置在所述箱座上，且一端凸出于所述箱座的侧壁设置，用于与原动机连接；

中间传动轴，与所述齿轮轴平行间隔设置，且可转动地设置在所述箱座上；

输出轴，与所述中间传动轴平行间隔设置，且可转动地设置在所述箱座上，且其一端凸出于所述箱座的侧壁设置；

箱盖，与所述箱座相对设置，且二者密封连接，将所述齿轮轴、中间传动轴与输出轴密封在二者之间的空间内；

所述中间传动轴上具有一级传动大齿轮和二级传动小齿轮，所述齿轮轴上具有一级传动小齿轮，所述一级传动小齿轮与所述一级传动大齿轮啮合，所述输出轴上具有二级传动大齿轮，所述二级传动大齿轮与所述二级传动小齿轮啮合设置；

所述箱盖或箱座上固定有压力传感器，所述压力传感器探头伸入至送所述箱座或箱盖内，所述箱盖侧壁上具有红外摄像机构；所述红外摄像机构的拍摄区域朝向所述一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动大齿轮和二级传动小齿轮的转动面设置；所述压力传感器与所述红外摄像机构连接，当所述压力传感器监测到的压力大于设定值时，触发所述红外摄像机构进行红外拍照；

所述箱盖外表面上还具有智能终端，所述智能终端与所述压力传感器和红外摄像机构连接，用于数据的处理和发送。

进一步地，所述压力传感器设置为带螺纹的圆柱形结构，所述箱盖或者箱座上具有与所述压力传感器的螺纹相匹配的螺纹孔，所述压力传感器通过所述螺纹孔密封固定，且所述压力传感器的探头设置在所述箱盖或者箱座内侧。

进一步地，所述箱盖侧壁上具有透明观察窗口，所述红外摄像机构进一步包括摄像机和固定法兰，所述固定法兰通过紧固件将所述摄像机固定在所述观察窗口上。

进一步地，所述齿轮轴、中间传动轴和输出轴均通过平键和键槽固定所述一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动小齿轮和二级传动大齿轮，所述平键和键槽之间铺设有贴片传感器，用于监测平键与键槽之间的压力变化。

进一步地，所述贴片传感器为LC无线无源压力传感器，且所述平键底部具有向上设置的固定凹槽，所述凹槽与所述贴片传感器的支撑部贴合，用于固定所述贴片传感器。

进一步地，所述齿轮轴与所述输出轴的端部连接有扭矩传感器，通过所述扭矩传感器与原动机或执行机构连接。

本发明另一方面还提供了一种减速机在线监测系统，包括：

多个上述的减速机在线监测机构；

适配器，与多个所述在线监测机构连接；

网关，与所述适配器连接，用于转换不同的网络；

本地服务器，与所述网关连接，用于对数据的存储、处理与发送；

云平台，与所述本地服务器连接，用于接收所述本地服务器发送的数据；

客户端，与所述云平台通讯，通过连接所述云平台实时获取多个所述减速机在线监测机构的数据；

其中，当所述在线监测机构的智能终端监测到的数据超过设定预值时，则发出报警信息致本地服务器，所述本地服务器通过云平台将所述报警信息发送至指定的客户端。

进一步的，所述客户端为安装在手机上，并且所述客户端可以调用手机上的摄像头拍摄出现故障的减速机的图片，并将所述图片或者视频上传至云平台，由专业人员进行离线或者在线指导。

本发明的有益效果为：本发明通过在箱盖或者箱座内设置的压力传感器，通过压力传感器监测减速箱内部压力变化，当减速箱内部齿轮出现问题时，由于摩擦系数增大或者振动幅度变大，会使得内部压力发生变化，当压力超过一定值时，通过红外摄像机构拍摄内部齿轮的热成像图，通过将图片发送到终端来判定减速机是否出现问题，通过这种设置，可以预先判断齿轮是否出现问题，从而实现了减速机安全性能的预先判断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中减速机在线监测机构的爆炸分解结构示意图；

图2为本发明实施例中减速机在线监测机构另一视角的爆炸分解结构示意图；

图3为本发明实施例中图2中的A处局部放大图；

图4为本发明实施例中各齿轮的安装结构示意图；

图5为本发明实施例中贴片传感器的结构示意图；

图6为本发明实施例中减速机与扭力传感器的连接结构示意图；

图7为本发明实施例中减速机在线监测系统的连接示意图。

附图标记：10-箱座；13-平键；131-固定凹槽；14-键槽；15-贴片传感器；151-支撑部；20-齿轮轴；21-一级传动小齿轮；30-中间传动轴；31-一级传动大齿轮；32-二级传动小齿轮；40-输出轴；41-二级传动大齿轮；50-箱盖；51-透明观察窗口；60-压力传感器；70-红外摄像机构；80-智能终端；90-扭力传感器；100-减速机在线监测机构；200-适配器；300-网关；400-本地服务器；500-云平台；600-客户端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一 个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目 的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的减速机在线监测机构，包括箱座10、齿轮轴20、中间传动轴30、输出轴40和箱盖50，其中

箱座10内具有容置空间，容置空间用于齿轮的啮合和转动，当做内部还设置有润滑油，用于齿轮转动过程中的润滑以及散热功能。

齿轮轴20可转动地设置在箱座10上，且一端凸出于箱座10的侧壁设置，用于与原动机连接；

中间传动轴30与齿轮轴20平行间隔设置，且可转动地设置在箱座10上；

输出轴40与中间传动轴30平行间隔设置，且可转动地设置在箱座10上，且其一端凸出于箱座10的侧壁设置；这里需要指出的是，齿轮轴20、中间传动轴30和输出轴40的两端均具有轴承。

箱盖50与箱座10相对设置，且二者密封连接，将齿轮轴20、中间传动轴30与输出轴40密封在二者之间的空间内；箱盖50上也具有容置空间，箱盖50上的容置空间与箱座10的相对而且二者的端面相对密封设置，通过密封设置可以保障内部的清洁，防止润滑油的泄漏；

中间传动轴30上具有一级传动大齿轮31和二级传动小齿轮32，齿轮轴20上具有一级传动小齿轮21，一级传动小齿轮21与一级传动大齿轮31啮合，输出轴40上具有二级传动大齿轮41，二级传动大齿轮41与二级传动小齿轮32啮合设置；

箱盖50或箱座10上固定有压力传感器60，压力传感器60探头伸入至送箱座10或箱盖50内，箱盖50侧壁上具有红外摄像机构70；红外摄像机构70的拍摄区域朝向一级传动小齿轮21、一级传动大齿轮31、二级传动大齿轮41和二级传动小齿轮32的转动面设置；压力传感器60与红外摄像机构70连接，当压力传感器60监测到的压力大于设定值时，触发红外摄像机构70进行红外拍照；这里压力传感器60用于检测箱体内压力的变化，而红外摄像机构70用于拍摄齿轮转动面的热成像情况，当齿轮发生问题或者轮面产生裂纹时，由于转动时发生问题的地方的震动幅度较大，从而引起热量变化，进而导致压力发生变化。

箱盖50外表面上还具有智能终端80，智能终端80与压力传感器60和红外摄像机构70连接，用于数据的处理和发送。智能终端80可以与计算机或者其他处理器连接，连接之后将热成像图发送至处理器中，通过处理器与常规正常热成像图进行比对，从而判断出齿轮是否发生问题，从而实现对监测机构安全性能的预报功能。由于齿轮出问题处振动频率变大，其温度会比其他地方高，通过热成型图很容易分辨出问题，具体的分辨可以通过人工也可以通过计算机自动判断，设置一标准热成像图，再与实时的照片进行对比，通过比对得出最终结论。

在上述实施例中，通过在箱盖50或者箱座10内设置的压力传感器60，通过压力传感器60监测减速箱内部压力变化，当减速箱内部齿轮出现问题时，由于摩擦系数增大或者振动幅度变大，会使得内部压力发生变化，当压力超过一定值时，通过红外摄像机构70拍摄内部齿轮的热成像图，通过将图片发送到终端来判定减速机是否出现问题，通过这种设置，可以预先判断齿轮是否出现问题，从而实现了减速机安全性能的预先判断。

为了便于压力传感器60的安装与更换，压力传感器60设置为带螺纹的圆柱形结构，箱盖50或者箱座10上具有与压力传感器60的螺纹相匹配的螺纹孔，压力传感器60通过螺纹孔密封固定，且压力传感器60的探头设置在箱盖50或者箱座10内侧。通过这种螺纹式的安装，便于压力传感器60的检修，当压力传感器60出现问题时直接通过更换的方式即可实现；而且这里需要指出的是，压力传感器60在箱座10或者箱盖50上设置有多个，优选的，在箱座10上可以对角设置，以实现对箱座10内压力的全面检测。

进一步地，箱盖50侧壁上具有透明观察窗口51，红外摄像机构70进一步包括摄像机和固定法兰，固定法兰通过紧固件将摄像机固定在观察窗口上。透明观察窗口51即通过密封圈密封固定的玻璃，然后将摄像机固定在玻璃外侧即可实现红外摄像机的固定。

此外这里需要指出的是，本发明实施例中还设置有谐振式声发射传感器，用于监测噪声，以及定位故障，因为声发射传感器为高精度弹力波采集装置，其覆盖范围最高可达100~400千赫兹，对于故障、材料形变等微弱信号的捕捉能力非常强大，对于轴承和齿轮前期因摩擦造成的微型变产生的高频弹性波信号进行捕捉，声发射传感器把轴承、齿轮等部件的声发射信号转变成电压信号，再经过信号处理电路，处理器就可以获取超高频的声发射信号的采集。声发射传感器可设置在减速机四周位置处，也可以直接固定在箱盖50或箱座10上。

为了实时监测各齿轮上的扭矩变化，齿轮轴20、中间传动轴30和输出轴40均通过平键13和键槽14固定一级传动小齿轮21、一级传动大齿轮31、二级传动小齿轮32和二级传动大齿轮41，平键13和键槽14之间铺设有贴片传感器15，用于监测平键13与键槽14之间的压力变化。通过这种监控可以实时监测齿轮的健康情况，或者齿轮与轴的连接情况，从而在试验时或者监测时，及时找到发生问题的地方，便于对减速机的精确维修或者改进。

具体的，贴片传感器15为LC无线无源压力传感器60，且平键13底部具有向上设置的固定凹槽131，凹槽与贴片传感器15的支撑部151贴合，用于固定贴片传感器15。通过这种结构限定，压力传感器60的安装更为便捷，固定更加可靠，监测效果更有效。

在减速机与其他原动机或者执行机构连接时，为了监测连接点的扭矩情况，齿轮轴20与输出轴40的端部连接有扭矩传感器，通过扭矩传感器与原动机或执行机构连接。通过这种设置，对连接点也进行监控，进一步提高了监测的全面性和精确度，便于在试验或使用中及时找到问题。

本发明实施例还提供了一种减速机在线监测系统，如图7所示，包括多个减速机在线监测机构100、适配器200、网关300、本地服务器400、云平台500和客户端600，其中，

适配器200与多个上述减速机在线监测机构100连接；

网关300与适配器200连接，用于转换不同的网络；

本地服务器400与网关300连接，用于对数据的存储、处理与发送；

云平台500与本地服务器400连接，用于接收本地服务器发送的数据；

客户端600与云平台500通讯，通过连接云平台500实时获取多个减速机在线监测机构100的数据；

当在线监测机构的智能终端监测到的数据超过设定预值时，则发出报警信息致本地服务器400，本地服务器400通过云平台500将报警信息发送至指定的客户端600。通过这种设置，可以在出现问题之前提前告知用户，用户通过数据分析，可以得知减速机的运行情况，进而决定对减速机进行维修或者更换，防患于未然，提高了减速机的安全性能。

另一方面，客户端600为安装在手机上，并且客户端600可以调用手机上的摄像头拍摄出现故障的减速机的图片，并将图片或者视频上传至云平台500，由专业人员进行离线或者在线指导。通过这种设置，可以减少培训运维和差旅费用。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种减速机在线监测机构，其特征在于，包括：

箱座，所述箱座内具有容置空间；

齿轮轴，可转动地设置在所述箱座上，且一端凸出于所述箱座的侧壁设置，用于与原动机连接；

中间传动轴，与所述齿轮轴平行间隔设置，且可转动地设置在所述箱座上；

输出轴，与所述中间传动轴平行间隔设置，且可转动地设置在所述箱座上，且其一端凸出于所述箱座的侧壁设置；

箱盖，与所述箱座相对设置，且二者密封连接，将所述齿轮轴、中间传动轴与输出轴密封在二者之间的空间内；

所述中间传动轴上具有一级传动大齿轮和二级传动小齿轮，所述齿轮轴上具有一级传动小齿轮，所述一级传动小齿轮与所述一级传动大齿轮啮合，所述输出轴上具有二级传动大齿轮，所述二级传动大齿轮与所述二级传动小齿轮啮合设置；

所述箱盖或箱座上固定有压力传感器，所述压力传感器探头伸入至所述箱座或箱盖内，所述箱盖侧壁上具有红外摄像机构；所述红外摄像机构的拍摄区域朝向所述一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动大齿轮和二级传动小齿轮的转动面设置，用于拍摄齿轮转动面的热成像情况；所述压力传感器与所述红外摄像机构连接，当所述压力传感器监测到的压力大于设定值时，触发所述红外摄像机构进行红外拍照；

所述齿轮轴、中间传动轴和输出轴均通过平键和键槽固定所述一级传动小齿轮、一级传动大齿轮、二级传动小齿轮和二级传动大齿轮，所述平键和键槽之间铺设有贴片传感器，用于监测平键与键槽之间的压力变化从而实时监测齿轮与轴的连接情况；

所述齿轮轴与所述输出轴的端部连接有扭矩传感器，通过所述扭矩传感器与原动机或执行机构连接；

还包括谐振式声发射传感器，用于检测噪声以及定位故障，所述谐振式声发射传感器固定在箱盖上、箱座上或者设置在减速机四周位置处；

所述箱盖外表面上还具有智能终端，所述智能终端与所述压力传感器和红外摄像机构连接，用于数据的处理和发送，智能终端与计算机连接，连接后将热成像图发送至处理器中，通过处理其中的热成像图与常规正常热成像图进行比对，判断出齿轮是否发生问题；

所述箱盖侧壁上具有透明观察窗口，所述红外摄像机构进一步包括摄像机和固定法兰，所述固定法兰通过紧固件将所述摄像机固定在所述观察窗口上；

所述贴片传感器为LC无线无源压力传感器，且所述平键底部具有向上设置的固定凹槽，所述凹槽与所述贴片传感器的支撑部贴合，用于固定所述贴片传感器。

2.根据权利要求1所述的减速机在线监测机构，其特征在于，所述压力传感器设置为带螺纹的圆柱形结构，所述箱盖或者箱座上具有与所述压力传感器的螺纹相匹配的螺纹孔，所述压力传感器通过所述螺纹孔密封固定，且所述压力传感器的探头设置在所述箱盖或者箱座内侧。

3.一种减速机在线监测系统，其特征在于，包括：

多个如权利要求1或2所述的减速机在线监测机构；

适配器，与多个所述在线监测机构连接；

网关，与所述适配器连接，用于转换不同的网络；

本地服务器，与所述网关连接，用于对数据的存储、处理与发送；

云平台，与所述本地服务器连接，用于接收所述本地服务器发送的数据；

客户端，与所述云平台通讯，通过连接所述云平台实时获取多个所述减速机在线监测机构的数据；

其中，当所述在线监测机构的智能终端监测到的数据超过设定预值时，则发出报警信息致本地服务器，所述本地服务器通过云平台将所述报警信息发送至指定的客户端。

4.根据权利要求3所述的减速机在线监测系统，其特征在于，所述客户端为安装在手机上，并且所述客户端可以调用手机上的摄像头拍摄出现故障的减速机的图片或者视频，并将所述图片或者视频上传至云平台，由专业人员进行离线或者在线指导。

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