一種旋轉機械斷軸故障在線預測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種旋轉機械斷軸故障檢測方法，具體設及一種被測轉軸
[0002] 在線運行狀態(tài)軸局部出現裂縫現象，也即出現斷軸預兆時的故障預測方法。
【背景技術】
[0003] 機械旋轉是目前機械傳動的主要方式，斷軸是機械旋轉傳動過程中出現的常見故 障之一，斷軸故障會對生產過程及設備安全、人生安全帶來極大的影響，因此，斷軸故障的 檢測發(fā)現是克服故障的最重要手段，公知的檢測方法有離線檢測法和在線檢測法。其中離 線檢測法主要包括超聲檢測、射線檢測和磁粉檢測，離線檢測必須使機械停止運行，即在檢 修維護期間才能進行，對于運行中斷軸故障檢測無能為力；常用的轉軸裂紋在線檢測方法 主要包括聲發(fā)射檢測法和轉軸振動檢測法（包括軸的軸向、徑向、切向振動的測量），該些 方法檢測過程中的干擾因素較多，噪聲大、信噪比低，給后期信號處理帶來困難，也使故障 檢測帶來困難，因此，至今沒有實用的方法與系統(tǒng)。為此，提出了本測量方法。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對現有技術的不足，提出了一種新的旋轉機械斷軸故障的預測方法。
[0005] 一種旋轉機械斷軸故障在線預測方法，該方法基于機械旋轉軸是一彈性體，在轉 矩的傳遞過程中所產生的剪應變與軸扭轉剛度的關系，通過測量被測轉軸的傳遞轉矩與應 變量的關系來分析判斷扭轉剛度變化的情況，也即分析轉軸裂縫產生的情況，從而發(fā)現斷 軸故障的預兆。
[0006] 所述的在轉矩的傳遞過程中所產生的剪應變與軸扭轉剛度的關系，通過測量被測 轉軸的傳遞轉矩與應變量的關系來分析判斷扭轉剛度變化的情況的過程為：
[0007] 當被測轉軸承受繞軸線轉動的外扭轉力作用時，其橫截面縱截面都會出現剪應 力，導致被測轉軸發(fā)生形變，繞被測轉軸的軸線轉過一角度，根據剪切胡克定律，在被測轉 軸的彈性范圍內，剪切力與剪應變之間存在線性關系，由聯立力學方程可知：
[000引
[0009] 式中Ip= /AP2ClA為被測轉軸橫截面對其中屯、的極慣性矩，其中A為被測轉軸的 橫截面面積；0為單位長度相對扭轉角；為外加扭矩；P被測轉軸的密度；定義被測轉軸 的扭轉剛度為K=GIp,其中G為轉軸的剪切彈性模量；
[0010] 根據式（1)，當系統(tǒng)空載運行時，被測轉軸承擔的負載轉矩為零，被測轉軸的剪切 力與剪應變接近于零，也即單位長度相對扭轉角0接近于零；當負載增加，則軸的剪切力 與剪應變增加，因而單位長度相對扭轉角0增大，通過測量被測軸兩端的相對扭轉角的差 A0，在轉軸的彈性范圍內，其A0與外加扭矩My成線性關系，也即A0的大小反映了負 載轉矩勺大小，系統(tǒng)中被測轉軸通過剛性聯接軸器、轉矩傳感器接機械負載；該轉矩傳感 器的轉矩輸出值與負載轉矩My相對應；如果對于某一負載My,設與被測轉軸的A0對應的 輸出物理量為A,轉矩傳感器的輸出值為B，對于另一負載心，與被測轉軸的A0對應的輸 出物理量為A'，轉矩傳感器的輸出值為B'，如被測轉軸在轉軸的彈性范圍內，則可知；
[0011]
[0012] 如被測轉軸某部位出現裂縫，則出現裂縫的部位其軸剖面有效面積變小，因此，軸 的扭轉剛度變小，在同一負載轉矩的作用下，轉矩傳感器的輸出仍對應于該負載轉矩B'，即 輸出值不變，而被測軸產生的A0變大，而對應的輸出變成A''，此時，兩者的比；
[001 引
[0014] 所從可W通過比較被測轉軸的A0輸出A與轉矩傳感器的輸出值B的目前運行 值的比及歷史正常運行值的比，就能判斷是否出現轉軸裂縫故障，如運行值的比與歷史正 常運行值的比相同，則可判斷運行正常，如運行值的比與歷史正常運行值的比變化，則可判 斷出現故障，甚至可W通過變化值的大小來判別故障的嚴重程度。
[0015] 一種旋轉機械斷軸故障在線預測裝置，該裝置包括左剛性聯軸器、左檢測單元、右 檢測單元、右剛性聯軸器和轉軸傳感器；
[0016] 動力源通過左剛性聯軸器與被測轉軸的一端連接，被測轉軸的另一端通過右剛性 聯接軸器、轉矩傳感器接機械負載；被測轉軸的左端設有左檢測單元、被測轉軸的右端設有 右檢測單元。
[0017] 所述的左檢測單元為由左激光反射式傳感器和設置在被測轉軸上的左分刻度反 光膜組成，右檢測單元由右激光反射式傳感器和設置在被測轉軸上的右分刻度反光膜組 成。
[0018] 所述的左檢測單元為由左光電傳感器和設置在被測轉軸上的左圓光柵組成，右檢 測單元為由右光電傳感器和設置在被測轉軸上的右圓光柵組成。
[0019] 所述的左檢測單元為由左禍流傳感器和設置在被測轉軸上的左側齒輪組成，右檢 測單元為由右禍流傳感器和設置在被測轉軸上的右側齒輪組成。
[0020] 所述的左檢測單元為由左電磁感應傳感器和設置在被測轉軸上的左側齒輪組成， 右檢測單元為由右電磁感應傳感器和設置在被測轉軸上的右側齒輪組成。
[0021] 有益效果；在本發(fā)明中，由于在被測軸的兩端安裝了測量轉軸應變旋轉角的傳感 器，因此，可W通過測得的轉軸兩端的轉軸應變角度變化量來反映傳遞轉矩的變化情況，另 夕F，由于在系統(tǒng)中安裝了轉矩傳感器，因轉矩傳感器感受到的轉矩與被測軸所傳遞的轉矩 相同，因而可W通過被測軸的A0輸出A與轉矩傳感器的輸出值B的不同負載時的目前運 行值的比及歷史正常運行值的比，來分析判斷被測軸的剛度的變化情況，從而分析判斷被 測軸可能存在的斷軸故障預兆。此方法與現有方法相比較，斷軸故障的顯示度明顯提高，故 障信息的信噪比明顯提高，為斷軸故障的預測提供了有效的保障。
【附圖說明】
[0022] 圖1基于反光膜--激光反射傳感器系統(tǒng)的轉軸斷軸故障預測系統(tǒng)；
[0023] 圖2基于圓光柵--光電傳感器系統(tǒng)的轉軸斷軸故障預測系統(tǒng)；
[0024] 圖3基于齒輪接近式電磁感應系統(tǒng)的轉軸斷軸故障預測系統(tǒng)；
[0025] 圖4A為齒輪與禍輪傳感器配合檢測示意圖；
[0026] 圖4B為齒輪與電磁感應傳感器的配合檢測示意圖；
[0027] 圖5被測軸兩端A 0檢測信號處理原理圖。
【具體實施方式】
[002引一種旋轉機械斷軸故障在線預測方法，該方法基于機械旋轉軸是一彈性體，在轉 矩的傳遞過程中所產生的剪應變與軸扭轉剛度的關系，通過測量被測轉軸的傳遞轉矩與應 變量的關系來分析判斷扭轉剛度變化的情況，也即分析轉軸裂縫產生的情況，從而發(fā)現斷 軸故障的預兆。
[0029] 所述的在轉矩的傳遞過程中所產生的剪應變與軸扭轉剛度的關系，通過測量被測 轉軸的傳遞轉矩與應變量的關系來分析判斷扭轉剛度變化的情況的過程為：
[0030] 如圖5所示，當被測轉軸承受繞軸線轉動的外扭轉力作用時，其橫截面縱截面都 會出現剪應力，導致被測轉軸發(fā)生形變，繞被測轉軸的軸線轉過一角度，根據剪切胡克定 律，在被測轉軸的彈性范圍內，剪切力與剪應變之間存在線性關系，由聯立力學方程可知：
[0031]
[003引式中Ip=/AP2ClA為被測轉軸橫截面對其中屯、的極慣性矩，其中A為被測轉軸的 橫截面面積；0為單位長度相對扭轉角；為外加扭矩；P被測轉軸的密度；定義被測轉軸 的扭轉剛度為K=GIp,其中G為轉軸的剪切彈性模量；
[0033] 根據式（1)，當系統(tǒng)空載運