Способ диагностики зубчатых передач

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для диагностики зубчатых передач. Изобретение напрвлено на повышение достоверности контроля и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа или эксплуатации зубчатой передачи, и определения местоположения дефекта без останова оборудования. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что способ диагностики зубчатых передач заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из не вращающихся колец подшипника, который установлен на валу с диагностируемой шестерней. Определяют в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени, определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота колеса зубчатой передачи. На основании установленного интервала времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и времени длительности выброса максимальных сигналов акустической эмиссии рассчитывают по приведенным в описании формулам размер дефекта и его местоположение. О техническом состоянии зубчатой передачи судят путем сравнивания определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта, исходя из технических и эксплуатационных характеристик зубчатой передачи за время не менее одного оборота колеса. 2 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способу ультразвуковой акустикоэмиссионной диагностике зубчатых передач.

Изобретение может быть использовано для диагностики зубчатых передач в энергетике, на транспорте, горнодобывающей и химической промышленности и определения их технического состояния во время эксплуатации.

Известен способ виброакустической диагностики передач зацепления (патент RU 2224232 C1, G01M 13/2), по которому предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубцовые частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, фильтруют его упомянутыми узкополосными фильтрами и полученные диагностические данные фиксируют в памяти вычислительного средства в реальном масштабе времени в виде цифровой последовательности, в последней выбирают массивы данных, соответствующие времени полных оборотов диагностируемых колес, на которых затем выделяют участки, соответствующие колебаниям, генерируемым отдельными зубьями, после чего по параметрам колебаний оценивают техническое состояние диагностируемых зубчатых колес и их зубьев.

При этом съем данных осуществляют при различных нагружающих моментах на выходном валу диагностируемой передачи, для каждого зуба определяют среднее значение размахов колебаний вибрационного сигнала, а в качестве диагностических параметров используют их изменение при увеличении нагружающих моментов и их отношение к нагружающим моментам на выходном валу диагностируемой передачи.

К существенным недостаткам данного способа можно отнести ограниченные возможности оценки технического состояния и точностных параметров зубчатых передач оборудования или узлов подвижного состава при эксплуатации, когда по условиям эксплуатации оборудования (требованиям технологического режима) или требованиям допустимой скорости движения транспортного средства, или подвижного состава (по правилам безопасности) запрещается ступенчато увеличивать величину нагружающих моментов зубчатой передачи по формуле данного способа:

ΔT=(0,005÷0,2)·ToU

0,3·ToU≤T≤ToU,

где ΔT - шаг ступенчатого увеличения нагружающих моментов на выходном валу диагностируемой передачи;

То - наименьший из максимально допустимых по условиям контактной и изгибной прочности зубьев колес крутящий момент на валах диагностируемой передачи;

Т - момент на выходном валу диагностируемой передачи;

U - передаточное число кинематической цепи.

Кроме того, размах колебаний вибрационного сигнала не позволяет определить размер выкрашивания (повреждения) поверхности зубьев, а также недостаток (дефект) смазки.

Указанные недостатки снижают достоверность контроля.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля и измерение размеров дефекта (зоны развития дефекта), образовавшихся в результате неправильного монтажа или эксплуатации зубчатой передачи и определения местоположения дефекта без останова оборудования.

Сущность способа заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из невращающихся колец подшипника, который установлен на валу с диагностируемой шестерней.

Определяют в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени, определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота колеса зубчатой передачи. На основание измеренных параметров рассчитывают размер дефекта, т.е. разрушения по длине рабочей поверхности зубьев по формуле (1) для цилиндрических прямозубых передач:

где Р_деф.пр - размер дефекта в мм;

m - модуль зубьев;

Z_ш - число зубьев шестерни;

Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени в сек;

n_ш - число оборотов шестерни в сек;

α - угол профиля зубьев.

Для цилиндрических косозубых передач размер дефекта рассчитывается по формуле (2):

где Р_деф.кс - размер дефекта в мм;

m - модуль зубьев;

β - делительный угол наклона.

Местоположение дефекта (выкрашивание одного или нескольких зубьев) зубчатой передачи определяют на основании сравнения определенного диагностикой интервала времени (Т_инт) между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии с рассчитанным значением интервала времени по формуле (3) для единичного дефекта зубьев шестерни

где Т_{инт.ед.ш} - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии в сек;

n_ш - число оборотов шестерни в сек.

Для единичного дефекта зубьев колеса по формуле (4):

где Т_{инт.ед.к} - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии в сек;

n_к - число оборотов колеса в сек.

При абразивном износе всех зубьев шестерни по формуле (5):

где Т_{инт.об.ш} - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии в сек;

n_ш - число оборотов шестерни в сек;

Z_ш - число зубьев шестерни.

На фигуре 1 изображено прохождение вращающего момента зубчатого зацепления.

Вращающий момент осуществляется по линии контакта неисправного зуба шестерни 1 и зуба колеса 2.

Обозначения:

1 - шестерня зубчатой передачи;

2 - колесо зубчатой передачи;

3 - точка начала зоны выкрашивания поверхностного слоя зуба шестерни;

4 - точка окончания зоны выкрашивания поверхностного слоя зуба шестерни.

На фигуре 2 изображены показания на дисплее акустикоэмиссионного диагностического прибора во время прохождения вращающего момента по линии контакта поверхностного слоя неисправного зуба шестерни и зуба колеса.

По оси OY отображаются показания сигналов акустической эмиссии в мкВ.

По оси ОХ отображается время измерения в сек.

Обозначения:

1 - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии;

2 - время длительности максимальных неразрывных по времени выбросов сигналов акустической эмиссии (при прохождении вращающего момента зубчатой передачи в зоне выкрашивания зуба шестерни);

A₁, А₂, A_n - значения сигналов акустической эмиссии до прохождения зоны усталостного выкрашивания зуба шестерни;

4 - значение случайного сигнала акустической эмиссии до прохождения зоны усталостного выкрашивания поверхности зуба шестерни.

Пример.

Работник контролирует переносным, портативным акустикоэмиссионным прибором работу редукторов мешалок (перемешивающих устройств) участка №3 химического производства, последовательно производя измерения на каждом редукторе.

Перед измерением технического состояния каждого редуктора в память прибора работником вносятся данные: время, дата измерения, номер участка, номер редуктора и технологическая позиция - номер мешалки.

На редукторе №9 мешалки №9 участка №3 в результате измерения установлено:

Значение Т_{интер.ед}=0,04 сек.

Δt=0,000078 сек.

Техническая характеристика редуктора:

Зубчатая передача - прямозубая цилиндрическая, передаточное число i=5.

Модуль m=3 мм, угол α=20°.

Zш=24, Zк=120, n_ш=1500 об/мин=25 об/сек.

Т_{инт.ед.ш}=1/n_ш=1/25=0,04 (сек).

Данные измеренного значения Т_инт.ед=0,04 сек соответствуют расчетным, значит местоположение дефекта на шестерне зубчатой передачи.

Размер дефекта:

Рдеф.пр=2m·Z_ш·Δtn_ш/cosα=2·3·0,000078·24·25/0,939=0,3 (мм). Размер дефекта, установленный измерением и расчетом, сравнивается с допустимым для зубчатой передачи данного типа и принимается решение о продолжении эксплуатации редуктора или его остановки на ремонт.

О техническом состоянии зубчатой передачи судят путем сравнивания определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта, исходя из технических и эксплуатационных характеристик зубчатой передачи.

Способ диагностики зубчатых передач, по которому предварительно фиксируют частоту вращения входного вала диагностируемой передачи, рассчитывают зубчатые частоты, по ним настраивают узкополосные фильтры, снимают сигнал с вибродатчика, установленного на корпусе диагностируемой передачи, отличающийся тем, что датчик акустической эмиссии устанавливают на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из невращающихся колец подшипника, который установлен на валу с диагностируемой шестерней, определяют в заданной полосе частот от 30 до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени с частотой выборки от 50 до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени, определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота колеса зубчатой передачи;

размер дефекта, т.е. разрушения по длине рабочей поверхности зубьев, рассчитывают по формуле для цилиндрических прямозубых передач:

Р_деф.пр.=2mZш·Δt·n_ш/cosα,

где Р_деф.пр. - размер дефекта, мм;

m - модуль зубьев;

Z_ш - число зубьев шестерни;

Δt - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующие один за другим неразрывно по времени, с;

n_ш - число оборотов шестерни в секунду;

α - угол профиля зубьев,

для цилиндрических косозубых передач размер дефекта рассчитывают по формуле

Р_деф.кс.=2mZш·Δtn_ш/cosα·cosβ,

где Р_деф.кс. - размер дефекта, мм;

m - модуль зубьев;

β - делительный угол наклона,

местоположение дефекта (выкрашивание одного или нескольких зубьев) зубчатой передачи определяют на основании сравнения определенного диагностикой интервала времени (Т_инт.) между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии с рассчитанным значением интервала времени по формуле для единичного дефекта зубьев шестерни:

Т_{инт.ед.ш.}=1/n_ш.,

где Т_{инт.ед.ш.} - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии, с;

n_ш. - число оборотов шестерни в секунду;

для единичного дефекта зубьев колеса по формуле (4)

где Т_{инт.ед.к.} - интервал времени между максимальными неразрывными по времени выбросами сигналов акустической эмиссии, с,

n_к. - число оборотов колеса в секунду,

о техническом состоянии зубчатой передачи судят путем сравнивания определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта, исходя из технических и эксплуатационных характеристик зубчатой передачи.