基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，包括如下步骤：1)、在未含裂纹传动轴的正常工作状态下，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；2)、使含裂纹传动轴处于步骤1)中未含裂纹传动轴相同的正常工作状态下，采集含裂纹传动轴对应的多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；3)、计算未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴各对应测点位置的振动非线性度评估值的差值，确定绝对差值最大的测点位置为裂纹位置。通过对比未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴在正常工作状态下的非线性振动特性定位检测传动轴裂纹，计算速度快且结果准确。

Detection method of drive shaft crack location based on nonlinear vibration response

The invention discloses a transmission shaft crack location nonlinearity detection method based on vibration response, which comprises the following steps: 1) in the normal working state without crack shaft, shaft crack without collecting multiple points of the nonlinear vibration signal, calculate the nonlinear vibration evaluation of each measuring point the value of 2), the crack; the transmission shaft in step 1) did not crack the same shaft under normal working condition, the acquisition of cracked shaft corresponding to the multiple points of the nonlinear vibration signal, calculate the nonlinear vibration evaluation point of each measured value; 3), not including the calculation crack drive shaft and the drive shaft crack the corresponding points of the nonlinear vibration of the assessed value of the difference between the absolute difference of measuring points for maximum crack location. By comparing the nonlinear vibration characteristics of the drive shaft and the drive shaft with the crack in the normal working condition, the crack of the drive shaft is detected.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传动轴裂纹检测的
，具体涉及一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法。
技术介绍
传动轴是大型装备非常重要的传动承力构件。由于工作坏境比较恶劣，工况多变性使得传动轴在运行过程中容易发生疲劳裂纹，影响装备的运行安全，甚至导致毁灭性的事故，造成巨大的经济损失。因此，传动轴进行疲劳裂纹检测对于预防事故发生、降低事故发生率具有重要的意义。现阶段我国很多装备预防疲劳破坏的有效方法主要是进行疲劳试验估算出传动轴等动部件的疲劳寿命以确定使用时效，并按照使用时效进行定时维修，即无论它是否产生疲劳裂纹故障，到使用时效时间都对其进行检测和更换，这样容易造成资源浪费。通过裂纹在线监测与诊断，能更好的在安全性和经济性上达到一种平衡。目前应用的在线检测方法主要包括温度法、油样分析法、振动法和声发射技术等。温度监测对于载荷、速度和润滑情况的变化比较敏感。但是，此方法只有当故障达到一定的严重程度时才可以检测到，对于比较微小的故障温度检测基本上没有反应。油样分析法缺点就是润滑油中磨损颗粒很难提取，而且分析设备比较复杂，还需进一步小型化以实现在线监测。声发射技术作为一门新兴的动态无损检测技术，通过采用声发射技术对裂纹进行在线检测时，其检测效果容易受到多种噪声干扰的限制，较难实现有效实时检测。在众多故障检测与诊断技术中，振动分析法具有诊断速度快、准确率高、诊断部位准确且能实现在线监测等特点，已广泛地应用于旋转机械的状态监测与故障诊断之中。随着振动理论和现代信号检测及处理技术的快速发展，结构裂纹检测技术越来越多的扩展到其他专业领域，且技术日渐成熟。现有的振动法裂纹检测技术一般基于线性模型的假设，或者把非线性模型线性近似化，这种方法在裂纹较小时是可行的，但对结构裂纹的变化不明显。而工作状态传动轴需要承受着各种复杂的交变载荷和冲击，当应力集中部位的内部缺陷不堪长期负荷出现疲劳裂纹后，传动轴将出现非线性动力学行为或者动力学行为非线性程度更高。若是忽略非线性因素或者将非线性因素线性化，会导致在分析和计算中引起较大的误差，无法得到精确的检测结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其通过对比未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴在正常工作状态下的非线性振动特性，实现定位检测传动轴裂纹。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：提供一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，包括如下步骤：1)、在未含裂纹传动轴的正常工作状态下，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；2)、使含裂纹传动轴处于步骤1)中未含裂纹传动轴相同的正常工作状态下，采集含裂纹传动轴对应的多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；3)、计算未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴各对应测点位置的振动非线性度评估值的差值，确定绝对差值最大的测点位置为含裂纹传动轴的裂纹位置。作为进一步的改进，在步骤1)中，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号后，以矩阵形式描述，计算出各测点位置的振动非线性度评估值，并画出相应的振动非线性度评估值分布曲线。作为进一步的改进，在步骤2)中，采集含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号后，以矩阵形式描述，计算出各测点位置的振动非线性度评估值，并画出相应的振动非线性度评估值分布曲线。作为进一步的改进，在步骤3)中，将未含裂纹传动轴和含裂纹传动轴的振动非线性度评估值分布数据和曲线进行对比，检索获得振动非线性度评估值绝对差值最大的测点位置。作为进一步的改进，其特征在于，在步骤1)、步骤2)中，测点位置为沿传动轴轴线等间距排列的位置特征点。作为进一步的改进，采用非接触式测振方式得到传动轴测点位置的非线性振动信号。作为进一步的改进，所述未含裂纹传动轴和含裂纹传动轴为相同规格的圆柱轴或台阶轴或锥形轴。作为进一步的改进，步骤1)中未含裂纹传动轴各测点位置的振动非线性度评估值的具体计算步骤如下：(1)、计算线性基准根据测点位置x1,x2,…,xl非线性振动信号，并构造l×t维矩阵M0如下：其中M0的每一行代表每个测点对应的非线性振动位移数据；利用公式(2)对M0进行奇异值分解：M0＝US0VT(2)式中，U为l×l维正交矩阵，V为t×t维正交矩阵，S0为l×t奇异值矩阵，如(3)所示：其中，σ1,σ2,…,σl为奇异值；当第i个奇异值满足时，令σi+1,…,σl全部为0可得到新的奇异值矩阵，即：由公式(5)求得未含裂纹传动轴正常工作状态时线性近似基准矩阵M1：M1=US^0VT---(5)]]>其中，M1的每一行代表每个位置点x1,x2,…,xl的线性近似数据，作为求非线性度的近似线性标准；(2)、计算未含裂纹传动轴各测点位置的振动非线性度评估值将矩阵形式数据M0减去线性近似基准矩阵M1得到误差矩阵M2，即：M2＝M1-M0(6)将M2矩阵内的所有元素取绝对值得到新的矩阵M(1)＝|M2|，在测量时间段[0,T]上利用公式(7)对M(1)求定积分：δi(1)=∫0TM(1)(i,:)dt---(7)]]>对每一行元素M(1)(i,:)计算定积分得到的值即是对应测点的振动非线性度评估值其中定积分在时间离散点进行近似计算得到。作为进一步的改进，步骤2)中含裂纹传动轴各测点位置的振动非线性度评估值的具体计算步骤如下：(1)、计算线性基准根据测点位置Y＝{Y1,Y2,…,Yl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，包括如下步骤：1)、在未含裂纹传动轴的正常工作状态下，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；2)、使含裂纹传动轴处于步骤1)中未含裂纹传动轴相同的正常工作状态下，采集含裂纹传动轴对应的多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；3)、计算未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴各对应测点位置的振动非线性度评估值的差值，确定绝对差值最大的测点位置为含裂纹传动轴的裂纹位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，包括如下步骤：1)、在未含裂纹传动轴的正常工作状态下，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；2)、使含裂纹传动轴处于步骤1)中未含裂纹传动轴相同的正常工作状态下，采集含裂纹传动轴对应的多个测点位置的非线性振动信号，计算出各测点位置的振动非线性度评估值；3)、计算未含裂纹传动轴与含裂纹传动轴各对应测点位置的振动非线性度评估值的差值，确定绝对差值最大的测点位置为含裂纹传动轴的裂纹位置。2.根据权利要求1所述的基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其特征在于，在步骤1)中，采集未含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号后，以矩阵形式描述，计算出各测点位置的振动非线性度评估值，并画出相应的振动非线性度评估值分布曲线。3.根据权利要求2所述的基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其特征在于，在步骤2)中，采集含裂纹传动轴多个测点位置的非线性振动信号后，以矩阵形式描述，计算出各测点位置的振动非线性度评估值，并画出相应的振动非线性度评估值分布曲线。4.根据权利要求3所述的基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其特征在于，在步骤3)中，将未含裂纹传动轴和含裂纹传动轴的振动非线性度评估值分布数据和曲线进行对比，检索获得振动非线性度评估值绝对差值最大的测点位置。5.根据权利要求1所述的基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其特征在于，所述未含裂纹传动轴和含裂纹传动轴为相同规格的圆柱轴或台阶轴或锥形轴。6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于振动响应非线性度的传动轴裂纹定位检测方法，其特征在于，在步骤1)、步骤2)中，测点位置为沿传动轴轴线等间距排列的位置特征点。7.根据权利要求6所述的基于振动响应非线性度的传动轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勉，伍济钢，张文安，王文韫，沈意平，宾光富，王钢，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43