CN111971542A - 借助于固体声对滑动轴承进行状态监测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获取至少一个滑动轴承(107a，107b)的操作状态的方法；其中第一齿轮(101)借助于滑动轴承(107a，107b)以能够旋转的方式支承并且与第二齿轮(103)啮合；并且其中借助于传感器(109)来测量来自第一齿轮(101)和第二齿轮(103)的齿啮合部的固体声。给传感器(109)的信号指配与滑动轴承(107a，107b)的操作状态相关联的变量。

Description

借助于固体声对滑动轴承进行状态监测
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及一种根据权利要求8的前序部分所述的组件。
为了检测滑动轴承的磨损状态，从现有技术中已知基于温度测量的方法。在此，从异常的温度上升推断出滑动轴承的损坏。滑动轴承监测的另一种可能性是在测量技术上确定滑动轴承间隙。相应地，这需要直接装入滑动轴承中的传感器。这一方面是复杂并且昂贵的，并且另一方面就可供使用的结构空间而言是成问题的。
此外，从现有技术中还已知用于早期识别传动机构的损伤的方法，这些方法提供对固体声的评估。例如，测量由齿啮合引起的固体声，以获得关于齿部损坏的认识。然而这种方法不能应用于滑动轴承，原因在于这些方法仅获取少量声波并且获取到的声波还由于滑动轴承中的液体摩擦而不允许做出关于磨损状态的论断。
本发明所基于的目的在于，相比于现有技术已知的解决方案改进对滑动轴承的操作状态的获取。
这个目的通过根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求8所述的组件实现。优选的改进方案被包含在从属权利要求中。
该方法用于获取滑动轴承的操作状态，尤其用于获取滑动轴承的磨损状态。第一齿轮借助于滑动轴承支承，该第一齿轮与第二齿轮啮合。第一齿轮例如可以被固定在借助于滑动轴承可旋转地支承的轴上。同样可以实现，将第一齿轮直接固定在滑动轴承或滑动轴承的外环上，或者将滑动轴承的外环一体式地整合到齿轮上。
当第一齿轮和第二齿轮旋转且在两个齿轮之间传递转矩时，在齿啮合部中(即在第一齿轮和第二齿轮的相互啮合的齿部中)产生固体声。固体声是在固体中传播的声波。在此，固体声在第一齿轮和第二齿轮中传播，并且被传递至周围的传动机构零件中，并且可以在那借助于传感器来测量。尤其可以实现在传动机构壳体上测量固体声。
用于检测振动的不同传感器都适合用于测量固体声，例如固体声传感器、加速度传感器、MEMS或者还通过冲击脉冲法。
根据本发明，给所述传感器的信号指配与所述滑动轴承的操作状态相关联的变量。这意味着，根据借助于传感器测量到的来自第一齿轮与第二齿轮的齿啮合部的固体声来判断滑动轴承的操作状态。这是可能的，原因在于滑动轴承的轴承间隙随着其磨损累积而增大。由此导致移位，即第一齿轮相对于第二齿轮发生位置变化。由于第一齿轮移位，齿啮合的解剖结构以及伴随于此由齿啮合引起的固体声发生变化。
指配给传感器的信号的变量可以是表征滑动轴承的状态的物理参数。因此例如可以选择滑动轴承的绝对游隙或相对轴承游隙作为变量。还可以给传感器的信号指配评估。可以定量地进行评估，其方式为给信号指配测量值(Maβzahl)，或者可以定性地进行评估。在定性地评估时，将传感器的信号分成多个类别。这些类别的命名在此形成变量。因此例如可以将信号分成两个类别：“正常”、“不正常”。如果基于传感器的信号得出滑动轴承尚未达到其磨损极限，则将其视为“正常”。对应地，如果得出滑动轴承已经超过其磨损极限，则将其视为“不正常”。
借助于测量固体声的传感器来获取滑动轴承的操作状态设计得相对简单，原因在于可以将传感器布置在滑动轴承外部，例如可以布置在传动机构壳体中。此外可以启用普遍可供使用的标准传感器。无需专门制造用于装入滑动轴承中的传感器。
在传感器的测量到的信号中，通常不仅包含来自第一齿轮和第二齿轮的齿啮合部的固体声，而且还包含其他的传动机构零件所产生的固体声。将这些干扰信号在优选的改进方案中从测量到的信号中滤除，从而使得经滤波的信号与来自齿啮合部的固体声的信号相对应。经滤波的信号包含代表由第一齿轮和第二齿轮的相互啮合的齿部引起的固体声的信号部分。优选地，这些信号专有地包含在经滤波的信号中。通过对信号进行滤波简化了对滑动轴承的操作状态的评估。
滑动轴承的特定操作状态伴随着由第一齿轮和第二齿轮的齿啮合引起的固体声的表征性的频率频谱和/或阶谱。因此，在一个优选的改进方案中，为了指配与滑动轴承的操作状态相关联的变量，计算传感器的测量到的信号的和/或经滤波的信号的频率频谱和/或阶谱。尤其可以计算包络频谱、倒谱和/或峰度。
来自第一齿轮和第二齿轮的齿啮合部的固体声不仅取决于滑动轴承的操作状态，而且取决于第一齿轮和第二齿轮的转速、滑动轴承的温度以及施加在齿轮上的转矩。因此，在一个优选的改进方案中，检测这些变量中的一个或多个变量，并且将其包括在变量与传感器的测量到的信号的指配中。
可以将与滑动轴承的操作状态相关联的变量指配给传感器的信号，其方式为：将该信号与先前已经在具有已知操作状态的滑动轴承上测量到的参考信号进行比较。如果该信号与这样的参考信号一致，则给该信号指配与滑动轴承(在该滑动轴承上已经测量到一致的参考信号)的操作状态相对应的变量。
替代性地，可以基于模型来进行指配。在一个优选的改进方案中，对应地，在使用所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述滑动轴承的模型的情况下，通过模拟来获取来自所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿啮合部的固体声和/或所述传感器的信号和/或经滤波的所述信号和/或所述信号或经滤波的所述信号的频率频谱和/或阶谱。所使用的模型可以是物理模型或分析模型和/或通过机器学习训练的人造神经网络(KNN)。模型能够呈现所模拟的滑动轴承的操作状态。通过将测量到的信号与模拟进行比较，可以推断出所检查的滑动轴承的操作状态。
优选地，该方法是如下地改进的，即，迭代地在所模拟的滑动轴承的多个操作状态下执行模拟。在每次迭代中，在此使用具有滑动轴承的模型，该模型具有相异的操作状态。因此可以获得针对各种操作状态的模拟结果，并且将其与所检查的滑动轴承或者与传感器的测量到的信号进行比较。
在另外一个优选的改进方案中，对应地将通过模拟获取到的变量分别与通过测量获取到的对应变量进行比较。
根据本发明的组件具有滑动轴承、第一齿轮、第二齿轮、传感器和评估单元。第一齿轮是借助于滑动轴承以及可能至少一个另外的滑动轴承支承的，并且与第二齿轮啮合。传感器被设计为用于测量来自第一齿轮和第二齿轮的齿啮合部或者第一齿轮的齿部和第二齿轮的齿部的固体声。根据本发明，评估单元实现根据本发明的方法或优选的改进方案，即评估单元被设计为用于实施这种方法。
在图1中展示了本发明的优选实施例。在附图中：
图1示出齿轮组件。
在图1中展示的组件的第一齿轮101和第二齿轮103相互啮合。第一齿轮101固定在轴105上，该轴借助于第一滑动轴承107a和第二滑动轴承107b可旋转地支承。
由于第一滑动轴承107a和第二滑动轴承107b的磨损而出现轴承游隙增大。由此，轴105和第一齿轮101的径向可运动性增大。由此在负载下第一齿轮101和第二齿轮103的轴向间距增大。这影响第一齿轮101和第二齿轮103的齿啮合，并且造成噪声排放的变化。
借助于传感器109来测量噪声排放，并且在控制器111中对噪声排放进行评估。测量到的噪声排放对控制器111而言用作对第一滑动轴承107a和第二滑动轴承107b的磨损状态的指示。遵循例如能够通过参考测量来确定的特定标准的噪声排放变化暗示了轴承107a、107b中的磨损。
附图标记清单
101 第一齿轮
103 第二齿轮
105 轴
107a 第一滑动轴承
107b 第二滑动轴承
109 传感器
111 控制器

Claims (8)

1.一种用于获取至少一个滑动轴承(107a，107b)的操作状态的方法；其中
第一齿轮(101)借助于所述滑动轴承(107a，107b)以能够旋转的方式支承并且与第二齿轮(103)啮合；并且其中
借助于传感器(109)来测量来自所述第一齿轮(101)和所述第二齿轮(103)的齿啮合部的固体声；其特征在于，
给所述传感器(109)的信号指配与所述滑动轴承(107a，107b)的操作状态相关联的变量。
2.根据权利要求1所述的方法；其特征在于，
对所述信号进行滤波；其中
经滤波的所述信号与来自所述齿啮合部的固体声的信号相对应。
3.根据前述权利要求之一所述的方法；其特征在于，
计算所述信号和/或经滤波的所述信号的频率频谱和/或阶谱。
4.根据前述权利要求之一所述的方法；其特征在于，
检测所述第一齿轮(101)的转速和/或所述滑动轴承(107a，107b)的温度和/或施加在所述第一齿轮(101)上的转矩。
5.根据前述权利要求之一所述的方法；其特征在于，
在使用所述第一齿轮(101)、所述第二齿轮(103)和所述滑动轴承(107a，107b)的模型的情况下，通过模拟来获取来自所述第一齿轮(101)和所述第二齿轮(103)的齿啮合部的固体声和/或所述传感器(109)的信号和/或经滤波的所述信号和/或所述信号或经滤波的所述信号的频率频谱和/或阶谱；其中
所述模型呈现所述滑动轴承(107a，107b)的操作状态。
6.根据前一权利要求所述的方法；其特征在于，
迭代地执行关于所述滑动轴承(107a，107b)的多个操作状态的模拟。
7.根据权利要求5或6所述的方法；其特征在于，
将通过模拟获取到的变量分别与通过测量获取到的对应变量进行比较。
8.一种组件，所述组件具有至少一个滑动轴承(107a，107b)、第一齿轮(101)、第二齿轮(103)、传感器(109)和评估单元(111)；其中
所述第一齿轮(101)借助于所述滑动轴承(107a，107b)支承并且与所述第二齿轮(103)啮合；并且其中
传感器(109)，所述传感器被设计为用于测量来自所述第一齿轮(101)和所述第二齿轮(103)的齿啮合部的固体声；其特征在于，所述评估单元(111)被设计为用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。
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