DD231642A1

DD231642A1 - METHOD FOR DIAGNOSIS OF GEARS AND TOOTH COUPLINGS

Info

Publication number: DD231642A1
Application number: DD26987084A
Authority: DD
Inventors: Peter Schumann; Hans-Juergen Bewer; Hans-Erich Koeppen
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1986-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnostik der Laufeigenschaften von Getrieben und Zahnkupplungen sowie Zahnketten und Zahnriemen, insbesondere zur Beurteilung der Zahnfuegevorgaenge. Es ist das Ziel der Erfindung, die Fuege-, Reib- und Prellvorgaenge in Getrieben und Zahnkupplungen waehrend der Kraftuebertragung deutlicher erkennbar zu machen und damit eine Diagnostik der Kraftuebertragungseinrichtung waehrend ihrer normalen Arbeitsweise zu ermoeglichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den Fuegeprozessen auftretenden sehr geringfuegigen und im Detail stochastischen Teilprozesse durch eine geeignete Form der Signalanalyse erkennbar zu machen. Die Loesung verwendet die mit Hilfe eines Phasen- oder Tachometersignals gewonnenen Messgroessen, aus denen je eine Mittelfunktion gebildet wird. Zu jeder Mittelfunktion wird eine zugehoerige Varianzfunktion v2(t)1 N N (x(Uit)x(t))2gebildet, wobeiv2(t)der mittlere Zeitverlauf der Varianzfunktion,Neine Normalisierungsgroesse,x(Uit)der Zeitverlauf der Messgroesse,x(t)die Mittelfunktion,Uider durch das Phasensignal angezeigte Triggerzeitpunkt bedeuten.The invention relates to a method for diagnosing the running properties of gears and toothed couplings as well as toothed chains and toothed belts, in particular for the assessment of Zahnfuegevorgaenge. It is the object of the invention to make the Fuege-, Reib- and Prellvorgaenge in gearboxes and gear couplings during the Kraftuebertragung clearly recognizable and thus to enable diagnostics of Kraftuebertragungseinrichtung during their normal operation. The invention has for its object to make the occurring during the Fuegeprozessen very leichtfuegigen and in detail stochastic sub-processes recognizable by a suitable form of signal analysis. The solution uses the measured quantities obtained with the aid of a phase or tachometer signal, from which a middle function is formed. For each center function, a corresponding variance function v2 (t) 1 NN (x (Uit) x (t)) 2 is formed, where div2 (t) is the mean time of the variance function, Ne normalizing size, x (Uit) is the time course of the measurand, x (t ) means the middle function, Uider indicated by the phase signal trigger time.

Description

Verfahren zur Diagnostik von Getrieben und Zahnkupplungen Anwendungsgebiet der ErfindungMethod for diagnosing gearboxes and toothed couplings Field of application of the invention

Die Erfindung" betrifft ein Verfahren zur Diagnostik der Laufeigenschaften von Getrieben und Zahnkupplungen sowie Zahnketten und Zahnriemen, insbesondere zur Beurteilung der Zahnfügevorgänge. Die Erfindung ist in entsprechend modifizierter Form anwendbar bei allen Anordnungen, bei denen Kräfte unter Verwendung diskreter Konstruktionselemente übertragen werden, wie bei Kraftübertragung ^ über Kolbenhub oder Stößel. Das Verfahren ist nicht für hydraulische oder magnetische Kraftübertragungen geeignet.The invention relates to a method for diagnosing the running characteristics of gears and toothed couplings as well as toothed chains and toothed belts, in particular for evaluating the tooth-toothing processes.The invention is applicable in a correspondingly modified form to all arrangements in which forces are transmitted using discrete structural elements, such as in power transmission ^ via piston stroke or plunger The method is not suitable for hydraulic or magnetic transmissions.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bs ist bereits bekannt, die Laufruhe von diskret aufgebauten Getrieben und Kupplungen an Hand der Intensität der Zahneingriffsfrequenz zu beurteilen, die mit Hilfe von Schmalbandanalysatoren oder Fourieranalysatoren bestimmt werden kann (Bretschi, J., Intelligente Meßsysteme zur Automatisierung technischer Prozesse, R.. Oldenburg Verlag München''Wien 1979). Als Meßgrößen dienen dabei '' - -·-'' ?/ellenauslenkungen, Luft- oder Körperschall. Es ist ferner bekannt, Abweichungen von der normalen Laufruhe durch Vergleich von Leistungs-Cepstren der normalen und gestörten Arbeitsweise vorzunehmen (Randall, R.B_#/ Cepstren Analysis and Gearbox Fault Diagnosis, Edition 2, Brüel & Kjaer Application Notes 233-80, 1980). Es ist weiter bekannt, dujrch Anwendung der Methode des "Signal-Averaging" einen von zufälligen Störungen freien mittleren Verlauf der Meßgrößen nach der FormelBs is already known to assess the smoothness of discrete gears and clutches on the basis of the intensity of the meshing frequency, which can be determined by means of narrow-band analyzers or Fourier analyzers (Bretschi, J., Intelligent measuring systems for the automation of technical processes, R .. Oldenburg Verlag Munich''Wien 1979). The measured variables used are '' - - • - '' ellen deflections, airborne or structure-borne noise. It is also known to deviate from normal smoothness by comparing performance cepstrins of normal and disturbed operation (Randall, RB _{# /} Cepstren Analysis and Gearbox Fault Diagnosis, Edition 2, Brüel & Kjaer Application Notes 233-80, 1980). It is also known, by applying the method of "signal averaging", a random mean free course of the measured quantities according to the formula

über viele Periodentfzu ermitteln, sofern der Prozeß periodisch ist, wobei die Triggerzeitpunkte Θ. durch ein Phasen- oder Tachometersignal geliefert werden, das einen genau definierten, wiederholt auftretenden Prozeßzustand charakterisiert (Barschdorf, D. u.a., Geräuschanalyse zur Schadensfrüherkennung an stationären Türbomaschinen als Problem der Musterkennung, Archiv Technisches Messen, atm, 5 (1977), 181). Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß der zeitliche Zusammenhang der ablaufenden Prozeßzustände anschaulich erkennbar ist.determine over many period deletions, if the process is periodic, whereby the trigger times Θ. be supplied by a phase or tachometer signal that characterizes a well-defined, repeatedly occurring process state (Barschdorf, D. et al., Noise analysis for early damage detection on stationary door machines as a problem of pattern recognition, Archive Technisches Messen, atm, 5 (1977), 181). This method has the advantage that the temporal relationship of the running process states is clearly recognizable.

Allen drei Verfahren ist gemeinsam, daß sie die im Detail ablaufenden Füge-, Reib- und Prellvorgänge nicht bzw. in kaum erkennbarer Form widerspiegeln und daß damit einer festgestellten Anomalität keine eindeutige Ursache zugeordnet werden kann.All three methods have in common that they do not reflect in detail occurring joining, rubbing and bouncing processes or in hardly recognizable form and that thus a detected anomaly can not be assigned a clear cause.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung die Füge-, Reib- und Prellvorgänge in Getrieben und Zahnkupplungen während der Kraftübertragung deutlicher erkennbar zu.machen und damit eine Diagnostik der Kraftübertragungseinrichtung während ihrer normalen Arbeitsweise zu ermöglichen.It is the object of the invention to make the joining, friction and bouncing processes in transmissions and gear couplings more clearly identifiable during power transmission and thus to enable diagnostics of the power transmission device during its normal operation.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den Fügeprozessen sehr geringfügigen und im Detail stochastischen Teilprozesse, durch eine geeignete Form der Signalanalyse erkennbar machenThe invention is based on the object, which in the joining processes very minor and in detail stochastic sub-processes, make recognizable by a suitable form of signal analysis

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in According to the invention the object is achieved in that in

einem ersten Signalanalyseschritt eine Mittelfunktion der Meßgrößen gemäß des bekannten Signal-Averaging bestimmt wird. Diese Mittelfunktion muß jedoch in der Weise gebildet werden, daß sie die einzelnen Zahnkombinationen zeitrichtig einordnet. Befindet sich z.B. auf der antreibenden Welle, die mit der Frequenz f. dreht, ein Zahnrad mit Z₁ Zähnen und auf der angetriebenen Welle ein solches mit Zp Zähnen, so existieren, wenn Z₁ und Zp teilerfremd sind, genau Z₁Zp unterschiedliche Zahnkombinationen im Verlauf des Drehprozesses. Uni bei der Mittelfunktionsbildung stets die entsprechenden Zahnkombinationen einander zuzuordnen, muß die Folge der Tachometerimpulse um den Faktor Zo untersetzt werden, d. h. nur jeder Zp-te Tachometerimpuls darf zur Triggerung verwendet werden. Dabei ist unerheblich, ob eine volle Periode der möglichen Zahnkombinationen erfaßt wird oer nur ein ausreichend großer Bruchteil.a first signal analysis step, a mean function of the measured variables in accordance with the known signal averaging is determined. However, this central function must be formed in such a way that it correctly arranges the individual tooth combinations. Is located, for example, on the driving wave, which is at the frequency f. rotates, a gear having teeth Z ₁ and on the driven shaft such exist with teeth Zp so when Z ₁ and Z p are relatively prime, exactly Z ₁ Zp different tooth combinations in the course of spinning process. Uni at the middle function formation always assign the corresponding tooth combinations to each other, the sequence of tachometer pulses must be downsized by the factor Zo, ie only every Zp-th tachometer pulse may be used for triggering. It is irrelevant whether a full period of possible combinations of teeth is detected oer only a sufficiently large fraction.

In einem zweiten Signalanalyseschritt wird der Zeitverlauf der mittleren quadratischen Abweichung von aktuellem Meßwert und zuvor ermittelter Mittelfunktion gemäß ,2In a second signal analysis step, the time course of the mean square deviation from the current measured value and the previously determined middle function according to FIG

gebildet. Dadurch werden die Detailprozesse aus der dominant auftretenden Mittelfunktion herausgelöst und ihr mittleres Amplitudenquadrat für jeden Zeitpunkt gebildet. Bei dieser Si^nalanalyseprozedur erzeugen die rein stochastischen Signalbeiträge eine Nullpunktablage der Varianzfunktion, während die den Fügeprozessen zuzuordnenden quadratischen Abweichungen zu Extremwerten der Varianzfunktion führen. Maxima in der Varianzfunktion deuten auf besonders ausgeprägte Belastungen hin, ausgeprägte Minimaeducated. As a result, the detailed processes are removed from the dominant middle function and their average amplitude square is formed for each time point. In this signal analysis procedure, the purely stochastic signal contributions produce a zero offset of the variance function, while the quadratic deviations attributable to the joining processes lead to extreme values of the variance function. Maxima in the variance function indicate particularly pronounced strains, pronounced minima

umgeben von Maxima entstehen bei nichtwirksamen Fügeflächen wie Fittings und ausgebrochenen Zähnen. Durch Auszählung wird ermittelt, welcher Zahn auf - welchem Rad diagnostisch auffällig ist. 'surrounded by maxima arise in non-effective joining surfaces such as fittings and broken teeth. Counting is used to determine which tooth on which wheel is diagnostically conspicuous. '

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel, näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Pig. i die Punktionen, die obere Kurve die Mittelfunktion, unter der die Varianzfunktion aufgetragen wurde.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing Pig. i the punctures, the upper curve the middle function, under which the variance function was plotted.

Demonstrationsgegenstand ist ein schrägverzahntes Stirnradgetriebe mit Z^ = 77 und Z₂ = 43 Zähnen. Zur Triggerung dient ein Tachometersignal von der antreibenden Welle, dessen Impulsfolge im Verhältnis Z₂ untersetzt ist. Meßgröße ist die Wellenauslenkung D 47 an Welle 2. Im Leistungsspektrum der Meßgröße ist die Zahneingriffs-" frequenz bei einer Spektralauflösung von 100 dB nicht erkennbar, wie es für ruhig,laufende Stirnradgetriebe typisch ist. Die mit der Starthilfe des untersetzten Triggersignals erfaßten 200 Schätzungen der Meßgröße D 47 werden zu einer Mittelfunktion zusammengefaßt, die keinerlei Hinweis auf das Zahngefügegeschehen enthält. Danach wird die Varianzfunktion gebildet. Die schmalen Zacken in der Varianzfunktion repräsentieren die Detailprozesse während der Zahneingriffe. Jeweils 6 dieser Zacken bilden eine Schwebungserscheinung, die durch die Zahngruppen Zustandekommen, die jeweils gleichzeitig am Kraftübertragungsprozeß beteiligt sind. Während das Leistungsspektrum der Mittelfunktion keinerlei Hinweis auf Zahneingriff sfrequenz fe und Zahngruppenfrequenz fg liefert, sind diese beiden Frequenzen im Leistungsspektrum der Varianzfunktion stark ausgeprägt. Eine Anomalie besteht am untersuchten Getriebe nicht.'Demonstration item is a helical spur gear with Z ^ = 77 and Z ₂ = 43 teeth. For triggering a tachometer signal from the driving shaft, the pulse train is reduced in the ratio Z ₂ is used. The measured variable is the wave excursion D 47 at shaft 2. In the power spectrum of the measured variable, the meshing frequency is not recognizable at a spectral resolution of 100 dB, as is typical for quiet, continuous helical gearboxes.The 200 estimates of the low-end trigger signal recorded with the starting aid Measured quantity D 47 is summarized in a central function, which contains no indication of the tooth structure, and then the variance function is formed The narrow points in the variance function represent the detailed processes during the tooth interventions Each 6 of these points form a beat phenomenon, which is caused by the groups of teeth While the power spectrum of the center function does not give any indication of meshing frequency s frequency and tooth group frequency fg, these two frequencies are strongly pronounced in the power spectrum of the variance function malie does not insist on the examined gearbox. '

Claims

invention claim

1. A method for the diagnosis of gear transmissions and toothed couplings, wherein in the "use of a phase or tachometer signal of one or more mechanical measures each having a center function is formed, characterized in that for each middle function an associated variance function

Y / _

² (τ) - y 2 L

be formed, where

vMv) the mean time course of the variance function, Έ 'a size of the hormone, χ (Θ; ^ τ) the time course of the measurand, χ "(τ) the mean function,

Q- means the triggering time indicated by the phase signal.

2. The method according to item 1, characterized in that the mappings of special types of errors in the variance functions are stored in an error catalog and with means of pattern recognition, an automatic mapping of mapping and error type is made.

3. The method according to item 1, characterized in that from the variance function, the power spectral density is determined and from the resulting intensities in the region of the meshing frequency, the Zahngrüppenfrequenz or other significant frequency lines, the stress or damage is calculated:

Hienu λ Seik ZzuHienu λ Seik Zzu