基于虚拟仪器技术的齿轮噪声监测仪的开发

    0 引言

    齿轮是最常见的机械传动零件,由于它具有结构紧凑、效率高、寿命长、工作可靠、理论传动比恒定不和维护方便等优点,因而在机械传动的各个方面获得了广泛应用。但是齿轮传动也有一定缺陷,如制造不精确,材质不良,使用条件恶劣,安装不正确或者设计不当时,往往会产生很大的振动、噪声等故障,因而齿轮的运行好坏,直接影响到整台机器的工作状态。

    在齿轮箱的各类零件中,齿轮本身产生的故障比例最大,据统计其故障率达60%以上,因而为提高设备运行维护水平,必须开展对齿轮或齿轮箱的运行状态监测和故障诊断。

    齿轮的故障除了利用振动信号进行各种处理来诊断之外,还可以根据齿轮发出的声音是否异常来判断其中的故障,据调查显示,从不正常声音中发现齿轮故障的占了采用所有手段发现齿轮故障的42%。因而研究利用噪声诊断齿轮故障,具有很重要的价值[1-2]。

    1 齿轮噪声诊断的方法

    1.1 听力法

    听力法,即依靠人的耳朵进行定期或不定期检查。有经验的操作者可以从一台机器发出的声音中鉴别出齿轮啮合的声音,把正常的与不正常的啮合声音加以比较,从中发现齿轮啮合时是否存在异常情况,并判断齿轮箱可能出现故障的部位。这种传统的测量方法测量成本低,但是对操作者提出了很高的要求,并且误差较大。

    1.2 传统声频记录分析法

    传统声频记录分析法,即利用仪器来对齿轮发出的噪声进行频率分析的诊断方法。常规的仪器一般由声级计(一般包含电容传声器)、磁带记录仪、频率分析仪、打印机等组成。这种测量方法测量准确,但测量成本高昂[3]。

    1.3 虚拟仪器测量法

    虚拟仪器测量法,虚拟仪器技术是计算机技术、仪器技术和通信技术相结合的产物。虚拟仪器通过软件将计算机的软硬件资源与仪器硬件有机融合为一体,量、控制能力结合在一起,大大降低了仪器成本。它的优势在于可由用户自己定义通用仪器系统,且功能灵活,很容易构建,所以应用面极为广泛,它可以实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能。

    传统仪器大多是由以下3大功能模块组成:对被测信号的采集与控制模块、分析与处理模块,以及测得结果的表达与输出模块。传统仪器的这些功能都是以硬件(或固化的软件)的形式存在的。将这些功能移植到计算机上去完成,在计算机上插上数据采集卡,然后利用软件在屏幕上生成仪器面板,并且用软件来进行信号的分析处理,这就构成了一台虚拟仪器。