【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械状态损伤评估领域，具体为旋转编码器用于低速重载转轴的损伤评估及应用。
技术介绍
1、转轴的安全运行对于实现各种运动和工作的机械设备极其重要，例如水电站钢丝绳卷扬式升船机同步轴、矿井提升机主轴、风电发电机组主轴、船舶尾轴等以旋转的形式传递转矩和转速给相关部件或设备的机械；由于转轴在运转过程中，受到扭矩和弯曲载荷双重作用，容易在应力集中处容易产生裂纹，并在交变应力的作用下，转轴裂纹扩展、加深最终断裂导致设备停止运转，这不仅会造成重大经济损失还会造成人员伤亡，为了减少由转轴损伤引起的设备停机、降低维修成本、提高旋转设备运行安全性，开发一种简单有效的转轴损伤评估方法具有十分重要的工程意义。
2、目前对转轴进行损伤评估时，一般通过磁粉检测、振动分析、超声波检测及在轴的表面贴应变片等方式对转轴损伤进行检测。然而上述方法存在着众多不足，磁粉检测及超声波检测等方法只能检测转轴表层损伤；振动分析检测能够很好的监测和分析转轴损伤，但振动传感器和分析仪器十分昂贵，成本巨大且操作复杂；粘贴应变片的损伤检测方法安装方法复杂，安装要求较高，而且该方法存在局部检测的不足，当转轴断裂位置不在应变片所在位置时，这种方法就无法对轴进行有效检测。为克服上述现存方法的诸多不足，本文提出了基于角位移差的转轴损伤评估方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于角位移差的转轴损伤评估方法，该方法通过采集转轴两端的角位移信号，从而获取转轴两端角位移差并用于对转轴的损伤进
2、本专利技术方法具体如下：
3、(1)在转轴两端安装旋转编码器，在实际工况下，用旋转编码器采集待检测转轴两端t(n)时刻的角位移信号，并将角位移信号转换为角位移θ，计算2个角位移θ的差值的绝对值为δθ；
4、角位移θ＝count×2π/m，其中count为本步骤旋转编码器输出的角位移信号，m为编码器线数；当旋转编码器为绝对式编码器时count为绝对式编码器输出计数值，当旋转编码器为增量式编码器时count为计数器从正交编码信号中获取的计数值；
5、(2)在不受载运转工况下，采用旋转编码器采集无损伤同类型(与待检测转轴同类型)转轴两端t(n)时刻的角位移信号，并将角位移信号转换为角位移θ0，计算2个角位移θ0的差值绝对值，并记为初始角位移差δθ0；
6、角位移θ0＝count×2π/m，其中count为本步骤旋转编码器输出的角位移信号，m为编码器线数；
7、(3)计算待检测转轴t(n)时刻的角位移差c＝|δθ-δθ0|；
8、计算待检测转轴t(n)时刻的危险等级
9、其中tmax≤[τ]×wp，式中tmax为转轴最大转矩，[τ]为转轴许用切应力，wp为转轴抗扭截面模量，l为转轴长度，g为转轴切变模量，ip为转轴极惯性矩，[θ]为转轴许用转角；
10、空心转轴抗扭截面模量其中实心转轴抗扭截面模量
11、空心转轴极惯性矩实心转轴极惯性矩其中d为转轴直径，α为空心转轴内外径之比；d为空心转轴内径；对于塑性材料来说，转轴许用切应力其中[σ]为转轴许用应力。α
12、本专利技术中危险等级是根据金属材料的扭转-角度曲线进行确定的；当温度一定时，许用应力σs为屈服极限，s为安全系数，工程应用中一般取1.5到2之间，本专利技术中安全系数取1.5，即屈服极限σs＝1.5[σ]；材料的抗扭强度极限然后根据第三强度理论得许用切应力屈服极限σs＝3[τ]，抗扭强度极限σb＝4.28[τ]。根据许用切应力可以得到转轴的最大转矩并用于计算该转矩作用下的许用转角，故可得屈服极限σs对应扭矩作用的转轴转角为3[θ]，抗扭强度极限σb对应扭矩作用的转轴转角为4.28[θ]，因此危险等级划分如下：
13、当λ<1时，转轴转角未超过许用转角，处于线弹性变形阶段，转轴正常运转，危险等级为安全；当1≤λ<3时，转轴处于屈服阶段，产生弹性变形的同时也有部分塑性变形，危险等级为危险；当3≤λ<4.28时，转轴发生明显而均匀的塑性变形，金属内部裂纹迅速拓展，扭转角度会快速增大，危险等级为极度危险；当λ≥4.28时，转轴受到超过强度极限的扭矩作用，转轴直接断裂。
14、当待检测转轴处于低速重载工况下，且转轴轴径较大时，用如下装置采集角位移信号；
15、该装置包括主动同步带轮、同步带、从动同步带轮、阶梯轴、旋转编码器、轴承座、支撑板、四轴精密微调平台；在待检测转轴两端分别固定装有一个主动同步带轮，主动同步带轮通过同步带与阶梯轴上的从动同步带轮连接，阶梯轴通过2个轴承座设置在支撑板上，阶梯轴一端设置在1个轴承座的轴承中，另一端穿过另一个轴承座与旋转编码器连接，支撑板安装在四轴精密微调平台上，旋转编码器通过编码器采集卡与电脑连接，旋转编码器通过支架固定在支撑板上；本装置还可以包括报警器，其与电脑连接，本专利技术中编码器采集卡为常规采集卡，电脑按常规采集方式采集编码器输出信号；当λ<1时，转轴安全运转，报警器指示灯显示绿色；当1≤λ<3时，转轴危险等级为危险，报警器指示灯显示橙色；当3≤λ<4.28时，转轴危险等级为极度危险，报警器指示灯显示红色，并发出安全警报声。
16、本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术方法适用于各种类型的转轴，适用领域包括机械设备、车辆、船舶等，使用旋转编码器采集转轴角位移信号进行损伤评估，可以快速对转轴进行损伤评估，通常只需要数分钟即可完成，不需要长时间的拆卸和检测，有效地提高了检测效率；另外，该方法能够准确地检测和测量由于转轴受载损伤而产生的微小角位移变化，并对转轴健康状况进行评估，从而提高了检测的准确性；最后，该方法无需拆卸被检测设备，即测即装，操作简单，由于采用非侵入式方法，仅需安装相应的扭转角度测量装置，控制成本相对较低，而且不需要开展繁琐的设备维护，大大降低了损伤检测的成本，也不会影响设备正常运行。因此，基于角位移的转轴损伤评估方法能被广泛运用于工业实际生产中。
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1.一种基于角位移差的转轴损伤评估方法，其特征在于：在转轴两端安装旋转编码器，在实际工况下，用旋转编码器采集待检测转轴两端t(n)时刻的角位移信号，并将角位移信号转换为角位移θ，计算2个角位移θ的差值的绝对值并记作Δθ；
2.根据权利要求1所述的基于角位移差的转轴损伤评估方法，其特征在于，当待检测转轴处于低速重载工况下，且转轴轴径较大时，采用如下装置采集角位移信号；
3.根据权利要求1所述的基于角位移差的转轴损伤评估方法，其特征在于：同步带(3)为圆弧齿形同步带。
【技术特征摘要】
1.一种基于角位移差的转轴损伤评估方法，其特征在于：在转轴两端安装旋转编码器，在实际工况下，用旋转编码器采集待检测转轴两端t(n)时刻的角位移信号，并将角位移信号转换为角位移θ，计算2个角位移θ的差值的绝对值并记作δθ；
2.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑜，吴显良，尹兴超，沈彦康，赵博涵，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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