[发明专利]一种基于漏磁信号测量的齿轮弯曲疲劳裂纹损伤检测方法

说明书

技术领域

本发明属于机械无损检测、状态监控技术领域，具体涉及一种基于漏磁信号测量的齿轮弯曲疲劳裂纹损伤检测方法。

背景技术

磁记忆检测技术是通过测量铁磁性金属构件表面自身的漏磁信号来判断金属构件的应力集中区和微裂纹损伤的一种无损检测方法。其原理是：铁磁性金属材料在载荷的作用下，材料内部的不连续部位(如形状、结构或缺陷)会造成应力的不均匀分布，出现应力集中。同时，由于金属内部存在着多种内耗效应(如粘弹性内耗、位错内耗)，造成动态载荷消除后，加载时形成的应力集中区得以保留，并具有相当高的应力能。为抵消应力集中区的应力能，在该区域由于磁机械效应作用引发的磁畴组织的重新取向排列会保留下来，形成磁极，并在构件表面产生漏磁场。磁记忆检测技术能检测出可能诱发损伤或破坏的应力集中部位，为设备的早期诊断提供了依据，在机械、航空、铁路、石化等领域有着广泛的应用。

齿轮是构成机械设备的重要零件，大型机械设备的齿轮承载扭矩较大，在长时间连续工作的环境下，齿轮的轮齿极易萌生裂纹、齿面点蚀和胶合等失效损伤，特别是轮齿弯曲疲劳裂纹损伤，如果不能够在裂纹损伤的萌生期及早检测出来，就可能导致断齿事故的发生，造成设备损坏，带来重大的损失。齿轮常规的检测方法是通过振动与噪声检测，这种方法可以在线检测，但通常只有在宏观裂纹出现以后才能检测出来，往往很难做到弯曲疲劳裂纹损伤的早期检测。

采用磁记忆方法检测齿轮损伤的应用还很少，其中发明专利201010207147.X提出通过设计与被测齿轮的轮齿齿形相啮合的检测装置来测量轮齿齿形表面的漏磁信号，以此来检测齿轮的损伤。但该方法没有综合考虑齿轮全寿命工作过程中漏磁信号的变化规律，没有综合考虑齿轮工作过程中漏磁信号是多种原因综合的结果，而且该方法通常只适用于大型齿轮，对于小尺寸齿轮，检测装置加工困难，实际应用中可操作性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于漏磁信号测量的齿轮弯曲疲劳裂纹损伤检测方法，该方法对齿轮轮齿弯曲疲劳状态的判断更准确，并且操作简便，适合于各种尺寸的齿轮轮齿弯曲疲劳裂纹损伤早期检测。

本发明提供的基于漏磁信号测量的齿轮弯曲疲劳裂纹损伤检测方法，包括以下步骤：

1）将处于正常状态尚未发生轮齿弯曲疲劳裂纹损伤的齿轮，在额定负载下经过10万至30万次载荷循环以后，其状态用s₁来表示，沿轮齿齿宽方向等间隔测量齿轮各轮齿齿顶表面的法向漏磁信号Hⁱ(k,s₁),i＝1,2,…,M k=1,2,…,N，其中i表示齿轮轮齿序号，M表示齿轮的轮齿数，k表示沿轮齿齿宽方向齿顶法向漏磁信号测量点序号，N表示总的测量点数，上述轮齿齿顶法向漏磁信号是指垂直于轮齿齿顶表面的漏磁信号；

2）根据测量得到的各齿顶法向漏磁信号Hⁱ(k,s₁)，由公式（1）计算得到各齿顶法向漏磁信号的差分值ΔHⁱ(k,s₁)： k=1,2,…,N-1

ΔHⁱ(k,s₁)=Hⁱ(k+1,s₁)-Hⁱ(k,s₁),k=1,2,…,N-1  (1)；

3）根据测量得到的各齿顶法向漏磁信号Hⁱ(k,s₁)，由公式(2)计算得到各齿顶法向漏磁信号的平均值