RU2724182C2 - Vibroacoustic crankshaft defect method - Google Patents
Vibroacoustic crankshaft defect method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724182C2 RU2724182C2 RU2018113994A RU2018113994A RU2724182C2 RU 2724182 C2 RU2724182 C2 RU 2724182C2 RU 2018113994 A RU2018113994 A RU 2018113994A RU 2018113994 A RU2018113994 A RU 2018113994A RU 2724182 C2 RU2724182 C2 RU 2724182C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crankshaft
- dynamic system
- vibroacoustic
- quality factor
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам неразрушающего контроля объектов, а именно коленчатого вала автомобильных двигателей.The invention relates to methods for non-destructive testing of objects, namely the crankshaft of automobile engines.
Распространение усталостных разрушений определяются возвратно-поступательными движениями дислокаций, их взаимодействиями между собой и другими дефектами кристаллической решетки. При этом возникают вакансии, локальное повышение напряжений и температуры, способствующие зарождению трещин.The propagation of fatigue fractures is determined by the reciprocating movements of the dislocations, their interactions with each other, and other defects of the crystal lattice. This creates vacancies, a local increase in stress and temperature, contributing to the nucleation of cracks.
На основании дислокационных механизмов образования и развития трещин под действием деформаций была предложена модель физического предела усталости (Костецкий Б.И. Надежность и долговечность машин / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский, Л.И. Бершадский, А.К. Караулов. - Киев: Техника, 1975. - 408 с).Based on the dislocation mechanisms of crack formation and development under the influence of deformations, a model of the physical fatigue limit was proposed (B.I. Kostetsky. Machine reliability and durability / B.I. Kostetsky, I.G. Nosovsky, L.I. Bershadsky, A.K. Karaulov. - Kiev: Technique, 1975 .-- 408 s).
Сущность модели: в процессе циклического нагружения при критическом напряжении σ0 в поверхностном слое толщиной 1-3 диаметра зерна происходит поверхностное упрочнение за счет повышения плотности образующихся дислокаций и процесса старения. По мере увеличения числа циклов нагружений и достижения линии образования субмикротрещин происходят скопления дислокаций критической плотности.The essence of the model: during cyclic loading at a critical stress σ 0 in the surface layer with a thickness of 1-3 grain diameters, surface hardening occurs due to an increase in the density of the resulting dislocations and the aging process. As the number of loading cycles increases and the line of submicrocrack formation is reached, accumulations of critical density dislocations occur.
Усталостное разрушение является результатом многократно повторенных быстро чередующихся упругих и пластических деформаций, распределяющихся в силу неоднородности материала неравномерно по объему детали. Первичные повреждения возникают в микрообъемах, неблагоприятно ориентированных относительно действия нагрузки, преднапряженных местными дефектами. Постепенно накапливаясь и суммируясь, локальные повреждения дают начало общему разрушению детали.Fatigue failure is the result of repeatedly repeated rapidly alternating elastic and plastic deformations, distributed due to the heterogeneity of the material unevenly over the volume of the part. Primary damage occurs in microvolumes unfavorably oriented with respect to the action of the load, pre-stressed by local defects. Gradually accumulating and summing up, local damage gives rise to the general destruction of the part.
Следовательно, последовательность модели физического предела усталости такова: дислокации - субмикро - микро - макротрещины - разрушение.Therefore, the sequence of the model of the physical fatigue limit is as follows: dislocations - submicro - micro - macrocracks - fracture.
Для определения основных факторов, ограничивающих ресурс коленчатого вала, необходимы значения интенсивности анализируемых процессов и предельные значение параметров технического состояния, которые определяются в процессе их дефектовки.To determine the main factors limiting the resource of the crankshaft, the intensity values of the analyzed processes and the limiting values of the parameters of the technical condition, which are determined during their troubleshooting, are necessary.
Усталостные разрушения (трещины) начинаются в области концентраторов напряжений (галтели, отверстия для смазки, грязеуловители). Наиболее часто для коленчатых валов используют магнитную дефектоскопию (Никишин В.Н. Обеспечение качества коленчатого вала автомобильного дизеля / В.Н. Никишин, А.Т. Кулаков, А.С. Денисов, А.А. Видинеев // Вестник Саратовского государственного технического университета, 2006. - №4. - С. 69-76.), которая имеет довольно значительную трудоемкость и субъективность. Виброакустический интегральный способ свободных колебаний активно применяется для обнаружения трещин и других внутренних дефектов для деталей конструкций, изделий из различных материалов, а также для выявления дефектов в рельсах и осях колесной пары. Исследование полученных сигналов осуществляется путем анализа гармонических составляющих акустического сигнала. Необходимо обосновать возможность применения способа, что подразумевает под собой изучение и анализ виброакустических сигналов, полученных при импульсном воздействии на коленчатый вал.Fatigue failures (cracks) begin in the area of stress concentrators (fillets, grease holes, dirt traps). Most often, magnetic flaw detection is used for crankshafts (V. Nikishin. Ensuring the quality of the crankshaft of an automobile diesel engine / V.N. Nikishin, A.T. Kulakov, A.S. Denisov, A.A. Vidineev // Bulletin of the Saratov State Technical University, 2006. - No. 4. - S. 69-76.), which has a fairly significant complexity and subjectivity. The vibro-acoustic integrated method of free vibrations is actively used to detect cracks and other internal defects for structural parts, products made of various materials, as well as to identify defects in rails and axles of a wheelset. The study of the received signals is carried out by analyzing the harmonic components of the acoustic signal. It is necessary to justify the possibility of applying the method, which implies the study and analysis of vibroacoustic signals obtained by pulsed action on the crankshaft.
При методическом обосновании применимости виброакустического способа для обнаружения трещин в коленчатом вале необходима идентификация коленчатого вала как динамической системы при ударе, то есть построение соответствующей математической модели, основанной на экспериментальных данных.In the methodological justification of the applicability of the vibroacoustic method for the detection of cracks in the crankshaft, it is necessary to identify the crankshaft as a dynamic system upon impact, that is, the construction of an appropriate mathematical model based on experimental data.
Задача настоящего изобретения заключается в создании эффективного способа виброакустической дефектовки коленчатого вала на основе анализа виброакустических сигналов, полученных при импульсном воздействии на коленчатый валThe objective of the present invention is to create an effective method for vibroacoustic troubleshooting of the crankshaft based on the analysis of vibroacoustic signals obtained by pulsed exposure to the crankshaft
Решение поставленной задачи позволит выполнить экспресс-анализ коленчатого вала в условиях ремонтных предприятий при ремонте двигателей.The solution of this problem will allow you to perform express analysis of the crankshaft in the conditions of repair enterprises in the repair of engines.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении трудоемкости дефектовки и повышении ее объективность.The technical result of the claimed invention is to reduce the complexity of troubleshooting and increase its objectivity.
Поставленная задача решается за счет того, что способ виброакустической дефектовки коленчатого вала, основанный на методике определения добротности коленчатого вала на основании анализа его, как динамической системы, включает следующие этапы: измерение виброакустических колебаний коленчатого вала при импульсном воздействии, применение к полученному виброакустическому сигналу низкочастотной фильтрации, аппроксимация полученной импульсной переходной функции при помощи аналитических выражений, вычисление передаточной функции динамической системы коленчатого вала, построение амплитудно-частотной характеристики динамической системы коленчатого вала по полученной передаточной функции, определение добротности системы по полученной амплитудно-частотной характеристике, сравнение полученной добротности динамической системы коленчатого вала с эталонным бездефектным значением добротности, отбраковка коленчатого вала в случае выявления в нем дефекта и отправка на утилизацию. В случае соответствия добротности рассматриваемого коленчатого вала нормативным значениям, производится его восстановление.The problem is solved due to the fact that the method of vibroacoustic troubleshooting of the crankshaft, based on the method of determining the quality factor of the crankshaft based on its analysis as a dynamic system, includes the following steps: measuring vibroacoustic vibrations of the crankshaft under pulsed exposure, applying low-pass filtering to the received vibroacoustic signal , approximation of the obtained pulse transition function using analytical expressions, calculation of the transfer function of the dynamical system of the crankshaft, construction of the amplitude-frequency characteristics of the dynamical system of the crankshaft from the obtained transfer function, determination of the quality factor of the system from the obtained amplitude-frequency characteristic, comparison of the obtained quality factor of the dynamic crankshaft system with a reference defect-free quality factor, rejection of the crankshaft in the event of a defect in it and sending for disposal. If the quality factor of the crankshaft under consideration meets standard values, it is restored.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг. 1 - возбуждение колебаний в коленчатом вале импульсным воздействием и их прием вибропреобразователем, где позициями обозначены:FIG. 1 - excitation of vibrations in the crankshaft by a pulsed action and their reception by a vibration transducer, where the positions denote:
1 - коленчатый вал,1 - crankshaft
2 - подвеска,2 - suspension
3 - боек,3 - firing pin,
4 - датчик с вибропреобразоввателем.4 - sensor with vibration transducer.
фиг. 2. - определение добротности колебательной системы по резонансной кривой,FIG. 2. - determination of the quality factor of the oscillatory system according to the resonance curve,
фиг. 3 - импульсная переходная функция для коленчатого вала,FIG. 3 - pulse transition function for the crankshaft,
фиг. 4 - алгоритм идентификации динамической системы коленчатого вала и вычисления добротностиFIG. 4 - algorithm for identifying the dynamic system of the crankshaft and calculating the quality factor
При анализе динамической системы коленчатого вала как динамической системы необходимо рассмотреть происходящие в нем колебательные процессы после импульсного воздействия для получения основных информативных параметров. Упругость - это свойство объекта восстанавливать свои форму и объем после прекращения действия внешних сил. Среда, обладающая свойством упругости, называется упругой средой, в которой под действием механических возмущений возникают упругие колебания. Упругие колебания могут также возникать и в механических системах, либо в частях упругой системы, при этом распространяются механические возмущения, которые называются акустическими или упругими волнами.When analyzing the dynamic system of the crankshaft as a dynamic system, it is necessary to consider the oscillatory processes occurring in it after the pulse action in order to obtain the main informative parameters. Elasticity is the property of an object to restore its shape and volume after the termination of the action of external forces. A medium with the property of elasticity is called an elastic medium in which elastic vibrations arise under the influence of mechanical disturbances. Elastic vibrations can also occur in mechanical systems, or in parts of an elastic system, while mechanical disturbances propagate, which are called acoustic or elastic waves.
Акустические колебания и акустические волны активно используются в неразрушающем контроле. Для проведения виброакустического контроля различных объектов используют линейную акустику, то есть деформация пропорциональна приложенной силе.Acoustic vibrations and acoustic waves are actively used in non-destructive testing. To conduct vibro-acoustic control of various objects using linear acoustics, that is, the deformation is proportional to the applied force.
Для проведения экспериментальных исследования и построения математический модели коленчатого вала, как динамической системы, необходимо рассмотреть начальные предпосылки и ограничения, основанные на известных работах М.Д. Генкина, В.Л. Бидермана, С.А. Добрынина, В.В. Клюева:To conduct experimental research and build a mathematical model of the crankshaft as a dynamic system, it is necessary to consider the initial prerequisites and limitations based on the well-known works of M.D. Genkina, V.L. Biderman, S.A. Dobrynina, V.V. Klyueva:
1. При анализе свободных колебаний механических систем при импульсном воздействии значение имеют измерения вблизи резонансной частоты.1. In the analysis of free vibrations of mechanical systems under pulsed action, measurements near the resonant frequency are of importance.
2. При ударе возмущающие силы возникают в результате взаимодействия соударяющихся объектов и могут быть найдены только в связи с изучением динамической деформации последних. При соударении двух тел (в данном случае бойка и коленчатого вала) их общей деформации можно пренебречь из-за крайней незначительности по сравнению с местной. Вследствие того, что взаимодействие между коленчатым валом и бойком занимает крайне незначительное время (1,5…6 мс) при условии, что время переходного импульсного процесса в нашем случае 160…200 мс, входной импульс силы можно рассматривать как мгновенный2. Upon impact, disturbing forces arise as a result of the interaction of colliding objects and can only be found in connection with the study of the dynamic deformation of the latter. When two bodies collide (in this case, the hammer and the crankshaft), their total deformation can be neglected due to the extreme insignificance compared to the local one. Due to the fact that the interaction between the crankshaft and the striker takes a very short time (1.5 ... 6 ms), provided that the transient pulse process in our case is 160 ... 200 ms, the input force pulse can be considered as instantaneous
3. Импульс силы при проведении экспериментальных исследований подбирается такой величины, при котором в спектре полученного виброакустического сигнала будет минимум частотных составляющих, при этом стоит помнить, что слабый импульс силы вызовет в коленчатом валу виброакустические колебания малой амплитуды, что не позволит в полной мере оценить качество импульсной переходной функции.3. The force pulse during experimental studies is selected such that the spectrum of the received vibroacoustic signal will have a minimum of frequency components, it should be remembered that a weak force pulse will cause vibroacoustic vibrations of small amplitude in the crankshaft, which will not allow to fully evaluate the quality pulse transient function.
4. Для получения стабильных результатов в одинаковых условиях при проведении экспериментальных исследований необходимо обеспечить минимальную шероховатость поверхности соударяющихся тел.4. To obtain stable results under the same conditions when conducting experimental studies, it is necessary to ensure the minimum surface roughness of the colliding bodies.
5. Расположение датчика на объекте контроля при свободных колебаниях при импульсном воздействии не имеет особого значения при наличии местной деформации. Тем не менее, для создания одинаковых условий, датчик располагается под углом 180° по отношению к бойку.5. The location of the sensor on the object under control during free oscillations under pulsed action is not of particular importance in the presence of local deformation. However, to create the same conditions, the sensor is located at an angle of 180 ° relative to the striker.
Существует множество путей аппроксимации ударных воздействий классическими функциями. Наиболее часто при описании ударов используется полуволна синусоидыThere are many ways to approximate shock effects by classical functions. Most often, a half-wave sine wave is used to describe the impacts.
δ-функция широко используемая для решения задач автоматического управления, также применяется для описания ударных возмущающих воздействий, отвечает условиюThe δ-function is widely used to solve automatic control problems; it is also used to describe shock perturbing influences, meets the condition
При этом спектр δ-функции является постоянной величиной.Moreover, the spectrum of the δ-function is a constant.
На основании приведенной классификации наиболее подходящим для описания удара бойка на поверхность коленчатого вала является применение δ-функции, так как она представляет собой импульс бесконечно малой длины и описывает ударное воздействие с продолжительностью намного меньшей длительности переходного процесса.Based on the above classification, the most suitable for describing the impact of a striker on the surface of the crankshaft is the use of the δ-function, since it is an impulse of infinitely small length and describes an impact with a duration much shorter than the duration of the transition process.
Дельта-импульс применяется, когда необходимо произвести описание процессов, протекающих быстро во времени, таких как ударные процессы. При использовании дельта-импульса для описания ударных процессов, описываемая сила за малый промежуток времени возрастает до максимальных значений, а затем, также быстро возвращается к нулевому значению. При этом за время возрастания и убывания силы совершается некоторая работа.The delta-pulse is used when it is necessary to describe processes that occur rapidly in time, such as shock processes. When using a delta pulse to describe shock processes, the described force in a short period of time increases to maximum values, and then also quickly returns to zero. At the same time, some work is done during the increase and decrease in strength.
Использование дельта-импульса позволяет производить анализ быстропротекающих процессов. При известной продолжительности сигнала и закона изменения амплитуды с течением времени имеется возможность идентифицировать переходный процесс системы, и, следовательно, получить необходимую информацию о его параметрах. Одним из таких переходных процессов являются собственные колебания KB при воздействии на него импульсным ударным возмущением в виде δ-импульса.Using a delta pulse allows you to analyze fast processes. With the known signal duration and the law of amplitude change over time, it is possible to identify the transient process of the system, and, therefore, to obtain the necessary information about its parameters. One of these transient processes is the natural vibrations of KB when exposed to a pulsed shock disturbance in the form of a δ-pulse.
При использовании импульсного возмущающего воздействия на коленчатый вал можно получить импульсную переходную функцию на основании регистрации его свободных виброакустических колебаний. В реальных условиях свободные колебания в объекте протекают под действием сил сопротивления, в результате чего происходит уменьшение амплитуды колебаний. Такие колебания называются затухающими.When using a pulsating perturbation on the crankshaft, you can get a pulsed transition function based on the registration of its free vibroacoustic vibrations. Under real conditions, free vibrations in an object occur under the influence of resistance forces, resulting in a decrease in the amplitude of vibrations. Such oscillations are called damped.
Наиболее распространенным является случай, когда скорость движения в упругой среде пропорциональна силе сопротивления [7]:The most common is the case when the speed of movement in an elastic medium is proportional to the resistance force [7]:
где r - коэффициент сопротивления, знак минус показывает разнонаправленность скорости 
Рассмотрим точку, совершающую гармонические колебаний в упругой среде, имеющей коэффициент сопротивления r. Запишем уравнение по второму закону Ньютона, описывающее колебания:Consider a point performing harmonic oscillations in an elastic medium with a resistance coefficient r. We write the equation according to Newton’s second law, which describes the oscillations:
где α - коэффициент затухания, определяющий скорость затухания колебательного процесса. С затуханием колебаний, энергия колебательного процесса постепенно убывает.where α is the attenuation coefficient that determines the attenuation rate of the oscillatory process. With the damping of oscillations, the energy of the oscillatory process gradually decreases.
Уравнение затухающего колебательно процесса может быть представлено в дифференциальной форме:The equation of a damped oscillatory process can be represented in differential form:
Одними из основных параметров колебательного процесса являются частота и период. Для затухающих колебаний они будут иметь вид:One of the main parameters of the oscillatory process is the frequency and period. For damped oscillations, they will have the form:
При 
Рассмотренные характеристики колебательного процесса связаны с анализом временной зависимости колебаний, то есть с импульсной переходной функцией. Основной же характеристикой колебательной системы является добротность.The considered characteristics of the oscillatory process are associated with the analysis of the time dependence of the oscillations, that is, with a pulse transition function. The main characteristic of the oscillatory system is the quality factor.
В нашем случае, энергия виброакустических колебаний рассеивается, следовательно, по мере увеличения трещины, рассеивание энергии будет увеличиваться, а добротность кольца снижаться. Добротность механической системы определяется по ее резонансной кривой, или по амплитудно-частотной характеристике.In our case, the energy of vibro-acoustic vibrations is dissipated, therefore, as the crack increases, the energy dissipation will increase, and the quality factor of the ring will decrease. The quality factor of a mechanical system is determined by its resonance curve, or by the amplitude-frequency characteristic.
Для коленчатого вала добротность определяется из амплитудно-частотной характеристики, которую можно получить из передаточной функции. Передаточная функция в свою очередь определяется из импульсной переходной функции. Для определения добротности необходимо определить ширину резонансной кривой, для этого определяют значение, равное отношению максимальное амплитуды к корню из двух, то есть Ар √2. На пересечении резонансной кривой и этого значения определяют границы ширины резонансной кривой ƒ2 и ƒ1. Полученные частоты связаны с шириной следующим соотношением: Δƒ=ƒ2-ƒ1. Добротность определяется как отношение резонансной частоты к ширине резонансной кривой: Q=ƒp/ΔƒFor a crankshaft, the quality factor is determined from the amplitude-frequency characteristic, which can be obtained from the transfer function. The transfer function, in turn, is determined from the pulse transition function. To determine the quality factor, it is necessary to determine the width of the resonance curve; for this, a value equal to the ratio of the maximum amplitude to the root of two, that is, Ap √ 2, is determined. At the intersection of the resonance curve and this value, the boundaries of the width of the resonance curve ƒ2 and ƒ1 are determined. The obtained frequencies are related to the width by the following relation: Δƒ = ƒ2-ƒ1. The quality factor is defined as the ratio of the resonant frequency to the width of the resonance curve: Q = ƒ p / Δƒ
Наличие трещин обуславливает, как известно, повышенное рассеяние энергии виброакустических колебаний. Таким образом, добротность является показателем качества динамической системы, который зависит от основных ее характеристик, таких как резонансная частота и декремент затухания. Следовательно, добротность может служить идентификатором состояния коленчатого вала. Идентификация математической модели коленчатого вала, как динамической системы при импульсном воздействии, представляет определение добротности. Рассмотрим коленчатый вал как динамическую систему, у которой имеется входное воздействие, осуществляемое бойком, регистрируется вибродатчиком выходное воздействие, а сам коленчатый вал закреплен на подвеске. При ударе бойком, входное воздействие, с точки зрения теории автоматического управления, можно рассматривать как дельта-импульс, а выходное как импульсную переходную функцию w(t). На основании импульсной переходной функции можно получить передаточную функцию динамической системы коленчатого вала, по которой определяется параметр, позволяющий однозначной идентифицировать состояние объекта контроля на наличие дефектов, а именно добротность. Добротность напрямую связана с частотой собственных колебаний коленчатого вала и коэффициентом затухания колебаний.The presence of cracks causes, as you know, increased energy dissipation of vibroacoustic vibrations. Thus, the quality factor is an indicator of the quality of a dynamic system, which depends on its main characteristics, such as resonant frequency and damping decrement. Therefore, the quality factor can serve as an identifier of the state of the crankshaft. The identification of the mathematical model of the crankshaft as a dynamic system under pulsed action represents the definition of quality factor. Consider the crankshaft as a dynamic system that has an input action carried out briskly, the output effect is detected by the vibration sensor, and the crankshaft itself is mounted on the suspension. When striking briskly, the input action, from the point of view of the theory of automatic control, can be considered as a delta pulse, and the output as a pulse transition function w (t). Based on the pulse transition function, it is possible to obtain the transfer function of the dynamic system of the crankshaft, which determines the parameter that allows you to uniquely identify the state of the monitoring object for defects, namely the quality factor. The quality factor is directly related to the natural frequency of the crankshaft and the damping coefficient of the vibrations.
Типичная импульсная переходная функция для коленчатого вала без дефекта и с трещиной представлены на фиг. 3.A typical pulse transient function for a crankshaft without defect and with a crack is shown in FIG. 3.
Данная импульсная переходная функция описывается выражением:This pulse transition function is described by the expression:
где α - коэффициент затухания, ω0 - частота колебаний системы, а0 - начальная амплитуда переходного процесса. Применяя преобразование Лапласа к импульсной переходной функции (8), получим передаточную функцию KB как динамической системы:where α is the damping coefficient, ω 0 is the oscillation frequency of the system, and 0 is the initial amplitude of the transition process. Applying the Laplace transform to the pulse transition function (8), we obtain the transfer function KB as a dynamic system:
Введем замену 
Далее определяем амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) динамической системы к по формуле:Next, we determine the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the dynamic system k by the formula:
тогда 
На основании полученной амплитудно-частотной характеристики строится график и определяется добротность динамической системы. На основании амплитудно-частотной характеристики определяется добротность (Q=ƒp/(ƒ2-ƒ1)=ƒр/Δƒ). Таким образом, получена передаточная функция коленчатого вала, как динамической системы. Значение параметров k, Т, γ зависят от размеров, массы и материалов коленчатого вала, следовательно, передаточная функция определяется типом коленчатого вала и для ее идентификации необходим специальный эксперимент. Идентификация модели коленчатого вала с трещиной производится в том же порядке.Based on the obtained amplitude-frequency characteristics, a graph is built and the quality factor of the dynamic system is determined. On the basis of the amplitude-frequency characteristic, the quality factor is determined (Q = ƒ p / (ƒ 2 -ƒ 1 ) = ƒ p / Δƒ). Thus, the transfer function of the crankshaft as a dynamic system is obtained. The values of the parameters k, T, γ depend on the size, mass and materials of the crankshaft, therefore, the transfer function is determined by the type of crankshaft and a special experiment is needed to identify it. The identification of a cracked crankshaft model is performed in the same order.
При анализе свободных колебаний механических систем значение имеют измерения вблизи резонансной частоты. Исходя из того что частотные составляющие вблизи резонансной частоты располагаются близко друг к другу, при составлении математической модели возможно использование общего декремента затухания α.In the analysis of free vibrations of mechanical systems, measurements near the resonant frequency are of importance. Based on the fact that the frequency components near the resonant frequency are close to each other, when compiling a mathematical model, it is possible to use the general attenuation decrement α.
На основании приведенных формул в среде Mathcad строится амплитудно-частотная характеристика динамической системы коленчатого вала. На основании амплитудно-частотной характеристики можно получить добротность, которая для коленчатого вала с трещиной будет ниже, чем у коленчатого вала без дефекта. ТакимBased on the above formulas, the amplitude-frequency characteristic of the dynamical system of the crankshaft is constructed in the Mathcad medium. On the basis of the amplitude-frequency characteristic, it is possible to obtain the quality factor, which for a crankshaft with a crack will be lower than that of a crankshaft without a defect. So
образом, методика определения добротности коленчатого вала на основании анализа его, как динамической системы может быть представлена в виде ряда этапов:Thus, the methodology for determining the quality factor of a crankshaft based on an analysis of it as a dynamic system can be represented as a series of steps:
1. Измерение виброакустических колебаний коленчатого вала при импульсном воздействии.1. Measurement of vibro-acoustic vibrations of the crankshaft under pulsed action.
2. Применение к полученному виброакустическому сигналу низкочастотной фильтрации.2. Application of the low-pass filtering to the received vibroacoustic signal.
3. Аппроксимация полученной импульсной переходной функции при помощи аналитических выражений.3. Approximation of the obtained impulse transition function using analytical expressions.
4. Вычисление передаточной функции динамической системы коленчатого вала.4. The calculation of the transfer function of the dynamic system of the crankshaft.
5. Построение амплитудно-частотной характеристики динамической системы коленчатого вала по полученной передаточной функции.5. The construction of the amplitude-frequency characteristics of the dynamic system of the crankshaft based on the obtained transfer function.
6. Определение добротности системы по полученной амплитудно-частотной характеристике.6. Determination of the quality factor of the system according to the obtained amplitude-frequency characteristic.
7. Сравнение полученной добротности динамической системы коленчатого вала с эталонным бездефектным значением добротности,7. Comparison of the obtained figure of merit of the dynamic system of the crankshaft with the reference defect-free value of figure of merit,
8. Отбраковка коленчатого вала в случае выявления в нем дефекта и отправка на утилизацию.8. The rejection of the crankshaft in case of detection of a defect in it and sending for disposal.
9. В случае соответствия добротности рассматриваемого коленчатого вала нормативным значениям, производится его восстановление.9. If the quality factor of the considered crankshaft meets the regulatory values, it is restored.
Таким образом, представленный алгоритм виброакустической дефектовки коленчатого вала позволяет разработать технологию выбраковки со снижением трудоемкости и повышением объективности, что ведет к снижению стоимости ремонта двигателя.Thus, the presented algorithm of vibroacoustic troubleshooting of the crankshaft allows to develop a rejection technology with a decrease in labor intensity and an increase in objectivity, which leads to a decrease in the cost of engine repair.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113994A RU2724182C2 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Vibroacoustic crankshaft defect method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113994A RU2724182C2 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Vibroacoustic crankshaft defect method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018113994A RU2018113994A (en) | 2019-10-16 |
| RU2018113994A3 RU2018113994A3 (en) | 2020-01-24 |
| RU2724182C2 true RU2724182C2 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=68279349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113994A RU2724182C2 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Vibroacoustic crankshaft defect method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2724182C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1075113A1 (en) * | 1982-11-19 | 1985-03-23 | Mets T L | Method of diagnosis of internal combustion engine and device for effecting same |
| SU1619164A1 (en) * | 1989-01-27 | 1991-01-07 | Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше | Method of vibroacoustic inspection of articles |
| EP1197417B1 (en) * | 2000-10-12 | 2005-12-21 | Siemens SGP Verkehrstechnik GmbH | Method and apparatus for detecting defects on the wheels of a railway vehicle |
| RU57457U1 (en) * | 2006-05-17 | 2006-10-10 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | DEVICE FOR DETERMINING VIBRO DUMPING PROPERTIES OF STRUCTURAL MATERIALS FOR PARTS AND VEHICLE KITS AND POWER INSTALLATIONS |
| RU2337341C1 (en) * | 2007-04-11 | 2008-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" | Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants |
| RU2626388C1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of diagnostics of mechanisms, units and machines based on estimation of microvariations of shaft rotation |
-
2018
- 2018-04-16 RU RU2018113994A patent/RU2724182C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1075113A1 (en) * | 1982-11-19 | 1985-03-23 | Mets T L | Method of diagnosis of internal combustion engine and device for effecting same |
| SU1619164A1 (en) * | 1989-01-27 | 1991-01-07 | Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше | Method of vibroacoustic inspection of articles |
| EP1197417B1 (en) * | 2000-10-12 | 2005-12-21 | Siemens SGP Verkehrstechnik GmbH | Method and apparatus for detecting defects on the wheels of a railway vehicle |
| RU57457U1 (en) * | 2006-05-17 | 2006-10-10 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | DEVICE FOR DETERMINING VIBRO DUMPING PROPERTIES OF STRUCTURAL MATERIALS FOR PARTS AND VEHICLE KITS AND POWER INSTALLATIONS |
| RU2337341C1 (en) * | 2007-04-11 | 2008-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" | Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants |
| RU2626388C1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-07-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of diagnostics of mechanisms, units and machines based on estimation of microvariations of shaft rotation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018113994A (en) | 2019-10-16 |
| RU2018113994A3 (en) | 2020-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shah et al. | Nondestructive evaluation of damaged concrete using nonlinear ultrasonics | |
| Maslouhi | Fatigue crack growth monitoring in aluminum using acoustic emission and acousto‐ultrasonic methods | |
| Anton et al. | Reference-free damage detection using instantaneous baseline measurements | |
| Courtney et al. | Factors affecting the ultrasonic intermodulation crack detection technique using bispectral analysis | |
| CN102980945A (en) | Frequency mixing nonlinear ultrasonic detection method for structure microcracks based on bispectrum analysis | |
| Ohtsu et al. | Principles of the acoustic emission (AE) method and signal processing | |
| Flynn et al. | Evaluation of defects in materials using resonant ultrasound spectroscopy | |
| Zhang et al. | Damage detection of fatigue cracks under nonlinear boundary condition using subharmonic resonance | |
| Ding et al. | Influence of cyclic-loading induced fatigue micro-crack growth on generation of nonlinear ultrasonic Lamb waves | |
| Ahmadi et al. | Health monitoring of pedestrian truss bridges using cone-shaped kernel distribution | |
| KR100955783B1 (en) | Nondestructive Testing Method of Concrete Structures Using Stress Waves | |
| RU2724182C2 (en) | Vibroacoustic crankshaft defect method | |
| Rezaei et al. | Health monitoring of pipeline girth weld using empirical mode decomposition | |
| Chaudhari et al. | Experimental investigation of crack detection in cantilever beam using vibration analysis | |
| Szeleziński et al. | Analysis concerning changes of structure damping in welded joints diagnostics | |
| Treszkai et al. | Damping determination by half-power bandwidth method for a slightly damped rectangular steel plate in the mid-frequency range | |
| Yee et al. | Nonlinear ultrasonic measurements based on cross-correlation filtering techniques | |
| Korenska et al. | Experimental study of the nonlinear effects generated in a concrete structure with damaged integrity | |
| RU2245543C2 (en) | Product flow control method | |
| Liu et al. | Frequency-modulation-in-vibro-acousticmodulation-method | |
| Senalik et al. | Estimating lumber properties with acoustic-based technologies—Part 1: Modeling acoustic (stress) wave behavior in clear wood and lumber | |
| Gupta et al. | Multiple damage prediction in tubular rectangular beam model using frequency response-based mode shape curvature with back-propagation neural network | |
| Haller | Nonlinear acoustics applied to nondestructive testing | |
| Bingol et al. | Ultrasonic signal characteristics for nondestructive-yield detection in steel structures | |
| RU2659193C1 (en) | Method of destruction processes vibration diagnostics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200418 |