基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105783757A(43)申请公布日2016.07.20(21)申请号201610182658.8(22)申请日2016.03.28(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人李政颖王洪海李洋洋徐刚汪金铭(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人许美红(51)Int.Cl.G01B11/16(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置及方法，该装置包括信号探测单元和信号处理单元；信号探测单元包括设置在齿轮侧面的测量光栅和传输光纤，传输光纤紧密粘贴在齿轮的侧面靠近齿顶的位置，测量光栅设置在两个相邻的轮齿间的传输光纤上；信号处理单元包括光纤滑环、光纤光栅解调仪和计算机，传输光纤通过光纤滑环后与光纤光栅解调仪相连，光纤光栅解调仪通过传输网线与计算机相连。测量光栅实时采集齿轮的信号，通过光纤光栅解调仪处理之后转换为齿根弯曲应力，并将处理结果传输到计算机进行实时显示。本发明能够实现各种工况下的齿轮传动弯曲应力监测，具有结构简单，操作方便，测量准确，易于实现的优点。CN105783757ACN105783757A权利要求书1/1页1.一种基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置，其特征在于，包括信号探测单元和信号处理单元；所述信号探测单元包括设置在齿轮(1)侧面的测量光栅(2)和传输光纤(3)，传输光纤(3)紧密粘贴在齿轮(1)的侧面靠近齿顶的位置，测量光栅(2)设置在两个相邻的轮齿间的传输光纤(3)上；所述信号处理单元包括光纤滑环(6)、光纤光栅解调仪(7)和计算机(9)，传输光纤(3)通过光纤滑环(6)后与光纤光栅解调仪(7)相连，光纤光栅解调仪(7)通过传输网线(8)与计算机(9)相连；测量光栅(2)实时采集齿轮(1)的信号，通过光纤光栅解调仪(7)处理之后转换为齿根弯曲应力，并将处理结果传输到计算机(9)进行实时显示。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置，其特征在于，所述齿轮(1)还包括设置有光纤槽(4)的输出轴(5)，传输光纤(3)通过光纤槽(4)输出到轴端。3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置，其特征在于，所述光纤光栅解调仪(7)为高速光纤光栅解调仪。4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置，其特征在于，所述测量光栅(2)的长度小于齿间距，水平设置在两个相邻轮齿的中间位置。5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置，其特征在于，所述传输光纤(3)通过胶水粘贴在齿轮(1)上，且粘贴位置处的传输光纤(3)的涂覆层被剥除掉。6.一种基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在齿轮侧面的齿顶处粘贴传输光纤，在两个相邻轮齿的中间位置设置测量光栅，传输光纤通过光纤滑环后与光纤光栅解调仪连接；S2、获取传输光纤传输来的齿轮数据，并对其进行解调和处理，得到齿根弯曲应力。7.根据权利要求6所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测方法，其特征在于，步骤S2中进行数据处理的方法具体为：通过解调得到光栅发射波长发生的漂移与光栅受到拉伸和压缩的周期性关系，处理得到检测齿轮的挠度，将轮齿视为悬臂梁，根据轮齿上确定位置的挠度与轮齿所受切向力呈现的线性关系，得到挠度与齿根弯曲应力的线性关系。8.根据权利要求7所述的基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测方法，其特征在于，步骤S2中齿根弯曲应力计算公式为：其中，K为计算载荷系数，YSa为应力校正系数，YFa齿形系数，Ft为圆周力，b为齿宽，m为齿轮模数。2CN105783757A说明书1/5页基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置及方法技术领域[0001]本发明涉及光纤光栅传感和机械工况监测交叉领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的新型齿根弯曲应力在线监测装置及方法。背景技术[0002]齿轮的设计一般都是按照预先给定的额定载荷来进行，但是由于在加工中产生的加工误差和使用过程中产生的安装误差等，会导致齿轮在实际传动过程中发生震动和变形，这不仅会带来噪音和震动，还会降低齿轮传动的准确性和工作效率。同时还让轮齿承受一定的额外动应力，导致齿根弯曲应力增大，如果齿根处的弯曲应力超过了其疲劳极限，就容易发生断齿，断齿是齿轮传动中常见的失效形式之一，可能导致的后果是损坏机械设备甚至会威胁到人身安全。[0003]近些年来，为了对齿轮的强度进行分析，国内外许多学者提出了多种方法，归纳起来主要有：理论推导