Luận văn:Nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu nhận dạng hư hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí bằng phân tích dao động

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống truyền động cơ khí có một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế, nó được sử dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp và phục vụ đời sống hằng ngày. Được học môn Đồ án thiết kế truyền động cơ khí để em tiếp xúc tìm hiểu đi vào thiết kế thực tế một hệ thống truyền động cơ khí cũng là cơ hội để em củng cố lại kiến thức và học thêm phương pháp làm vệc khi tiến hành công việc thiết kế. Tập thuyết minh này chỉ dừng lại ở việc thiết...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu nhận dạng hư hỏng cơ bản trong hệ truyền động cơ khí bằng phân tích dao động

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG TR N Đ C THÀNH NGHIÊN C U T NG H P D U HI U NH N D NG HƯ H NG CƠ B N TRONG H TRUY N Đ NG CƠ KHÍ B NG PHÂN TÍCH DAO Đ NG Chuyên ngành : CN Ch T o Máy Mã s : 60.52.04 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. LÊ CUNG Ph n Bi n 1: PGS.TS. TR N XUÂN TÙY Ph n Bi n 2: PGS.TS. PH M PHÚ LÝ Lu n văn ñư c b o v t i h i ñ ng ch m lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i ñ i h c Đà N ng vào ngày 03 tháng 12 năm 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Tung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng
3 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Khi thi t b trong quá trình ho t ñ ng b hư h ng thì ñi u ñ u tiên là ph i nghe ñ ch n ñoán sơ b r i sau ñó m i d ng máy m thi t b ra ki m tra t ng b ph n m t ñ dò tìm xác ñ nh hư h ng. Như v y vi c ch n ñoán ñòi h i t n nhi u th i gian, công s c mà th m chí là không phát hi n ñư c sai h ng. Vi c ch n ñoán các hư h ng còn mang tính ch quan c a ngư i s a ch a, chưa có m t phân tích h th ng rõ ràng ñ nh n bi t hư h ng c a các thi t b cơ khí m t cách chính xác, ñ s m ñưa ra các bi n pháp thay th có hi u qu và b o dư ng d phòng có ñi u ki n, nh m duy trì t t quá trình làm vi c c a thi t b , máy móc. Phân tích tín hi u dao ñ ng hi n nay là m t k thu t ñang ñư c phát tri n m nh m các nư c tiên ti n nh m theo dõi và ch n ñoán hư h ng trong máy móc, thi t b cơ khí. Theo dõi và ch n ñoán hư h ng máy móc, thi t b b ng phân tích dao ñ ng t ra là m t phương pháp hi u qu trong vi c b o dư ng d phòng có ñi u ki n, nh m duy trì tình tr ng ho t ñ ng t t c a thi t b , nh t là các thi t b c a dây chuy n s n xu t t ñ ng. Hi n nay vi c ch n ñoán hư h ng ñư c th c hi n b ng các chuyên gia nhi u kinh nghi m. H nh n d ng hư h ng b ng cách quan sát các tín hi u dao ñ ng thu ñư c hai tr ng thái bình thư ng và hư h ng, r i sau ñó phân tích các tín hi u ñ xác ñ nh d ng hư h ng ñã x y ra. Do v y, ñ thu n ti n cho công tác ch n ñoán hư h ng cơ khí, c n thi t ph i nghiên c u t ng h p các d u hi u nh n d ng hư h ng khác
4 nhau trong h truy n ñ ng cơ khí, xây d ng nên m t thư vi n nh v cơ s d li u. Trên cơ s các d li u này, có th xây d ng m t công c ph n m m h tr vi c ch n ñoán. Chính vì v y tôi ch n ñ tài “Nghiên c u t ng h p d u hi u nh n d ng hư h ng cơ b n trong h truy n ñ ng cơ khí b ng phân tích dao ñ ng” ñ làm lu n văn t t nghi p. 2. M c ñích c a ñ tài Nghiên c u t ng quan các d ng h ng cơ b n trong h truy n ñ ng cơ khí, t ng quan v các phương pháp phân tích tín hi u dao ñ ng s d ng trong ch n ñoán. Phân tích nguyên nhân x y ra các hư h ng nói trên và t ng h p các d u hi u nh n d ng b ng phân tích dao ñ ng. Xây d ng ph n m m h tr ch n ñoán hư h ng h truy n ñ ng cơ khí. 3. Ph m vi nghiên c u Đ tài ch t p trung nghiên c u các d ng h ng cơ b n c a h truy n ñ ng cơ khí bao g m kh p n i, truy n ñ ng ñai, truy n ñ ng bánh răng, lăn, trư t..., chưa nghiên c u ñ n hư h ng h truy n ñ ng th y l c và ñ ng cơ ñi n d n ñ ng.... 4. Phương pháp nghiên c u Nghiên c u lý thuy t v các k thu t và phương pháp phân tích tín hi u dao ñ ng s d ng trong ch n ñoán hư h ng cơ khí, v các d ng h ng cơ b n trong h truy n ñ ng cơ khí và d u hi u nh n d ng chúng b ng phương pháp phân tích dao ñ ng. Nghiên c u xây d ng cơ s d li u và xây d ng ph n m m h tr ch n ñoán hư h ng.
5 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n ng d ng vào vi c ch n ñoán các hư h ng h truy n ñ ng cơ khí, h tr các chuyên viên b o dư ng nhanh chóng nh n d ng hư h ng h truy n ñ ng cơ khí, góp ph n vào công tác b o dư ng d phòng thi t b , nh t là các thi t b cơ khí s d ng trong dây chuy n s n xu t t ñ ng. 6. K t qu ñ t ñư c T ng quan các d ng h ng cơ b n trong h truy n ñ ng cơ khí, t ng quan v các phương pháp phân tích tín hi u dao ñ ng s d ng trong ch n ñoán, các d u hi u nh n d ng b ng phương pháp phân tích tín hi u dao ñ ng. Cơ s d li u d u hi u hư h ng và ph n m m h tr ch n ñoán hư h ng h truy n ñ ng cơ khí. 7. C u trúc c a lu n văn Ngoài ph n m ñ u, k t lu n, tài li u tham kh o và ph l c trong lu n văn g m có các chương như sau: - Chương 1- T ng quan v ch n ñoán hư h ng thi t b cơ khí - Chương 2- Các phương pháp phân tích tín hi u dao ñ ng - Chương 3- Các d u hi u nh n d ng b ng phương pháp phân tích dao ñ ng - Chương 4- Gi i thi u ph n m m h tr ch n ñoán hư h ng
6 Chương 1- T NG QUAN V CH N ĐOÁN HƯ H NG THI T B CƠ KHÍ 1.1. T ng quan v hư h ng và ch n ñoán hư h ng 1.1.1. T ng quan v hư h ng 1.1.1.1. M t s d ng hư h ng c a truy n ñ ng bánh răng Hư h ng c a truy n ñ ng bánh răng ñư c chia thành ba lo i sau ñây : các hư h ng do ch t o (sai s d ng răng, ñ l ch tâm c a các bánh...), các hư h ng do l p ráp (hư h ng v ñ không song song, ñ không ñ ng tr c...), và các hư h ng xu t hi n khi làm vi c (mòn răng, tróc r b m t răng, gãy răng, n t răng…). Theo các tài li u v chi ti t máy và truy n ñ ng cơ khí, truy n ñ ng bánh răng có nh ng d ng h ng ch y u sau ñây: a. Tróc r vì m i b m t răng b. Mòn răng c. Dính răng d. Gãy răng 1.1.1.2. M t s d ng h ng trong lăn Các lăn ch u hai d ng khuy t t t sau: + Các khuy t t t phân b , th hi n b i ph dao ñ ng d i r ng nh hư ng m c ñ toàn c c ñ n các dao ñ ng. + Các hư h ng d ng ñi m, gây nên các va ñ p m i khi m t chi ti t lăn ñi qua v trí khuy t t t. Theo các tài li u v chi ti t máy và truy n ñ ng cơ khí, khi làm vi c lăn có th có các d ng h ng cơ b n sau ñây: a. Tróc vì m i b m t làm vi c c a lăn b. Mòn lăn
7 c. V vòng d. V vòng cách 1.1.1.3. Hư h ng b truy n ñ ng ñai B truy n ñai là m t trong nh ng b quan tr ng c a truy n ñ ng cơ khí nó thư ng dùng ñ truy n chuy n ñ ng và cơ năng gi a các tr c có kho ng cách tương ñ i l n. B truy n ñ ng ñai thư ng x y ra m t s các d ng hư h ng sau: a. Đ t dây ñai b. Mòn dây ñai - Mòn góc trên - Mòn góc dư i - Mòn sư n bên - Mòn m t dư i c. B m t dây ñai b tróc v y, nhão hay trương n d. Mòn puli e. Puli không th ng 1.1.1.4. Hư h ng tr c Tr c là m t trong nh ng chi ti t quan tr ng trong truy n ñ ng cơ khí, tr c ñư c dùng ñ ñ các chi ti t máy quay và ñ truy n mô men xo n. Theo các tài li u v chi ti t máy và truy n ñ ng cơ khí, khi làm vi c tr c có th có các d ng h ng cơ b n sau: a. Gãy tr c do m i u n b. Gãy tr c do m i xo n c. S mòn tróc 1.1.2. T ng quan v ch n ñoán hư h ng
8 1.1.2.1. T m quan tr ng c a vi c b o dư ng và theo dõi thi t b a. T m quan tr ng c a vi c b o dư ng Trong quá trình ho t ñ ng c a thi t b máy móc, ngay c trong ñi u ki n làm vi c bình thư ng. S lão hóa c a v t li u theo th i gian làm vi c c a thi t b máy móc ñôi khi cũng gây nên s c hay tai n n b t thư ng không lư ng trư c ñư c. Do v y ñ khai thác t t thi t b máy móc trong quá trình ho t ñ ng, ph i duy trì thi t b tình tr ng ho t ñ ng t t, ta ph i b o dư ng thi t b nh m tránh cho thi t b không b x y ra s c hư h ng ñáng ti c trong quá trình làm vi c. Vi c b o dư ng thi t b theo hai phương án: + B o dư ng ngăn ng a có h th ng + B o dư ng có ñi u ki n B o dư ng thi t b máy móc nh m m c ñích: + Phát hi n s m s c c a thi t b s ñ m b o ñư c an toàn cho con ngư i và thi t b . + Gi m ñ n m c th p nh t th i gian d ng s n xu t ñ s a ch a, thay th thi t b , do ñó nâng cao ñư c năng su t, b o ñ m ñư c ch t lư ng c a s n ph m và gi m giá thành s n ph m, ñem l i hi u qu kinh t cao. + T i ưu hóa giá thành b o dư ng, do ch can thi p s a ch a, thay th các chi ti t b hư h ng. b. T m quan tr ng c a vi c theo dõi thi t b Vi c theo dõi thi t b là m t ph n c a chính sách b o dư ng và ph i b o ñ m m t s các y u t sau: - Ngăn ng a ñư c các nguy cơ l n, tránh trư ng h p d ng máy trong khi các ñi u ki n an toàn không ñ m b o.
9 - Phát hi n s m các b t thư ng, nh m tránh t i ña các thi t h i, b ng cách thay th các chi ti t máy b hư h ng trư c khi x y ra s c hay vào th i ñi m thu n l i nh t. - Phân tích ñư c s c sau khi x y ra, nh m s a ch a các khuy t t t phát hi n ñư c, tránh không x y ra n a ho c ñưa ra các bi n pháp c i ti n c n thi t. 1.1.2.2. Phát hi n và ch n ñoán hư h ng a. Phát hi n Phát hi n s thay ñ i hành vi c a máy móc, t m t hay nhi u thông s nh n ñư c thông qua ño ñ c. b. Ch n ñoán Là m t công c ñ c bi t h u ích trong b o dư ng d báo, vư t xa s c nh báo ñơn thu n và ñư c ñ c trưng b i vi c xác ñ nh b n ch t chính xác c a khuy t t t g p ph i, c a m c ñ tr m tr ng khuy t t t và tính kh n thi t c a hành ñ ng can thi p. 1.1.2.3. Các k thu t ch n ñoán hư h ng a. Theo dõi các thông s m c ñ dao ñ ng (m c ñ toàn c c) b. C i thi n ñ phân gi i hay phóng to (zoom) c. Phát hi n hình bao (gi i ñi u bi n biên ñ t p trung trên m t vùng c ng hư ng) d. Nghiên c u các hàm ñi u hòa hay các hài b c cao e. Nghiên c u các d i bên ñi u bi n f. Nghiên c u phân tích ph tín hi u dao ñ ng g. Nghiên c u và theo dõi các giá tr ph loga h. Nghiên c u các d ng t n s dao ñ ng riêng 1.2. Các nghiên c u trong và ngoài nư c liên quan ñ n ñ tài
10 a. Các ñ tài nghiên c u trong nư c b. Các ñ tài nghiên c u nư c ngoài 1.3. Nh n xét và k t lu n Chương 2- CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍN HI U DAO Đ NG 2.1. Phương pháp Kurtosis 2.1.1. Gi i thi u Kurtosis là ñư ng cong mômen tĩnh b c 4 c a m t dãy các giá tr trung bình, là m t phép th ng kê tín hi u t ng c ng, r t nh y v i các ñ nh d li u. Đ i v i qui lu t phân b chu n giá tr kurtosis là 3.0. 2.1.2. H s Kurtosis Là ñ c trưng hình d ng c a tín hi u +∞ (x - x) K = ∫ −∞ σ4 f ( x)dx (2. 4) 2.2. Phương pháp phân tích ph 2.2.1. Gi i thi u Phương pháp phân tích ph dùng ñ phân tích mi n t n s c a tín hi u và ñư c s d ng r ng rãi trong k thu t phân tích tín hi u dao ñ ng ñ giám sát, ñi u khi n h truy n ñ ng cơ khí. Quá trình cơ b n là bi n ñ i tín hi u dao ñ ng mi n th i gian sang tín hi u dao ñ ng mi n t n s , b ng phép bi n ñ i Fourier r i r c d li u ñư c s hóa.
11 L i ích c a vi c phân tích ph là có kh năng tách bi t và nh n d ng các ngu n gây dao ñ ng khác nhau, ph thu c vào các ñ c trưng ñ ng h c c a các chi ti t khác nhau c u thành máy và vào v n t c quay c a chúng (hay vào t n s chuy n ñ ng c a chúng). 2.2.2. Cơ sơ phân tích Ph là s th hi n b ng ñ th c a bi n ñ i Fourier c a tín hi u dao ñ ng quan sát, tr c tung hi n th các biên ñ tương ng v i m i thành ph n t n s trên tr c hoành. Hình 2.5- Sơ ñ bi n ñ i tín hi u t mi n th i gian qua mi n t n s * Phép bi n ñ i Fourier: Bi n ñ i Fourier thu n: Bi n ñ i tín hi u t mi n th i gian sang mi n t n s . +∞ 1 F ( z) = ∫e izx f ( x)dx (2.5) 2π −∞ Bi n ñ i Fourier ngh ch: Bi n ñ i tín hi u t mi n t n s sang mi n th i gian.
12 +∞ 1 − izx f ( x) = 2π ∫e −∞ F ( z )dz (2.6) 2.3. Phương pháp phân tích hình bao 2.3.1. Gi i thi u Phân tích hình bao dùng ñ giám sát ñáp ng t n s cao c a h cơ khí va ñ p có chu kỳ. Va ñ p ñư c t o ra m i khi ph n t lăn ch u t i ti p xúc v i m t khuy t t t trên b m t khác trong lăn hay bánh răng. S va ñ p này r t ng n ñư c so sánh v i kho ng cách gi a các xung. 2.3.2. Cơ s phân tích Phân tích hình bao nh m m c ñích gi i ñi u bi n tín hi u b ng cách kh b thành ph n t n s cao (c ng hư ng c a k t c u) sao cho ch gi l i ñư ng cong ñi u bi n hay hình bao (ñ c trưng c a khuy t t t). S phát hi n này nh n ñư c nh phép bi n ñ i Hilbert : +∞ H {x (t )} = 1 x (t ) π ∫ t - τ dτ −∞ (2.8) Trong ñó: t- Th i gian (s) x(t)- Tín hi u mi n th i gian H{x(t)}- Bi n ñ i Hibert c a x(t) 2.4. Phương pháp phân tích ph loga 2.4.1. Gi i thi u Ph loga giúp hi n rõ các bư c phân cách gi a các ñ nh ph có tính chu kỳ, khi các ñ nh ph r t g n nhau mà trong ph t n s c a tín
13 hi u ta khó phân bi t ñư c, ñ ng th i cho phép phân bi t ñáp ng c a thi t b và ñáp ng c a khuy t t t. 2.4.2. Cơ s tính toán Ph loga là ph c a ph bi u di n trên thang logarit c a t n s . Ph loga g m có hai lo i: Ph công su t Là phép bi n ñ i Fourier ngư c c a logarit th p phân c a bình phương biên ñ . [ C P (τ ) = F -1 lg F {x(t )} 2 ] (2.11) Ph biên ñ Là phép bi n ñ i Fourier ngư c c a logarit th p phân c a bi n ñ i Fourier thu n c a nó C a (τ ) = F -1 [lg F {x(t )}] (2.14) Bi n s τ c a ph loga có th nguyên c a th i gian, g i là t n s loga. Ph loga có ch c năng gi i tích ch p tín hi u, cho phép tách r i các thành ph n l c gây ra dao ñ ng v i thành ph n ñáp ng kích thích c a các ph n t k t c u. Nghĩa là phân tích tích thành t ng: log(AB) = log A + logB. 2.5. Nh n xét và k t lu n
14 Chương 3- CÁC D U HI U NH N D NG B NG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DAO Đ NG 3.1. D u hi u nh n d ng hư h ng trong truy n ñ ng bánh răng 3.1.1. T n s quay c a tr c và t n s ăn kh p + T n s quay c a tr c: n FS = (Hz) (3.1) 60 + T n s ăn kh p: FMG = Z1. F1 = Z2 . F2 (Hz) (3.2) Trong ñó: n – S vòng quay c a tr c FS – T n s quay c a tr c Z1 – S răng c a bánh răng tr c ch ñ ng Z2 – S răng c a bánh răng tr c b ñ ng F1 – T n s quay c a tr c ch ñ ng F2 – T n s quay c a tr c b ñ ng 3.1.2. Bánh răng không hư h ng M i d i bên ñư c ñ t kho ng cách b ng t n s t c ñ quay c a tr c vào (1x) và m i c p d i bên ñ i x ng qua t n s ăn kh p có biên ñ b ng nhau.
15 Hình 3.2- Các d i bên ñư c ghép ñôi và b ng nhau 3.1.3. Mòn răng Kho ng cách gi a các d i bên không n ñ nh, các d i bên xung quanh t n s ăn kh p có kho ng cách không b ng nhau. Hình 3.3- Mòn hay khe h vư t quá thay ñ i kho ng cách d i bên 3.1.4. Gãy răng D i bên bên ph i t n s ăn kh p có biên ñ cao hơn d i bên bên trái t n s ăn kh p.
16 Hình 3.5- M t răng b gãy s sinh ra m t biên d ng d i bên không ñ i x ng 3.1.5. T i tr ng thay ñ i Biên d ng dao ñ ng gi ng v i biên d ng dao ñ ng khi bánh răng có t i nhưng v i biên ñ ñư c kích thích cao hơn. Hình 3. 8- Biên d ng dao ñ ng c a c p bánh răng khi t i tr ng thay ñ i
17 3.2. D u hi u nh n d ng hư h ng lăn 3.2.1. Các t n s ñ ng h c ñ c trưng c a lăn - T n s quay cơ b n (FS) ωi FS = (3.9) 2π V i ωi tính b ng rad/s - T n s quay c a vòng cách (FTF) | ωc | 1 d d FTF = = [ω o (1 + b cos β ) + ω i (1 − b cos β )] (3.10) 2π 4π dp dp - T n s ti p xúc c a m t ñi m trên vòng ngoài v i con lăn (BPFO) N d BPFO = (ω i − ω o )(1 − b cos β ) (3.13) 4π dp - T n s ti p xúc c a m t ñi m trên vòng trong v i con lăn (BPFI) ωi − ωc N d BPFI = N = (ω i − ω o )(1 + b cos β ) (3.14) 2π 4π dp - T n s ti p xúc c a m t ñi m trên con lăn v i vòng trong ho c vòng ngoài (BSF) ~ ωb dp d 2 BSF = = (ω i − ω o )(1 − b 2 cos 2 β ) (3.15) 2π 2d b dp Trư ng h p thư ng g p nh t là vòng trong g n v i tr c và quay v i t c ñ ωi, vòng ngoài ñ ng yên: ωo = 0, thì các t n s ñ c trưng ñư c xác như sau: n 1 d FS = ; FTF = (1 - b cos β ) FS ; 60 2 dp
18 N d N d BPFO = (1 - b cos β ) FS ; BPFI = (1 + b cos β ) FS ; 2 dp 2 dp dp d2 BSF = (1 - b cos 2 β ) FS (3.16) 2d b d2 p 3.2.2. V trí ñ t c m bi n ño tín hi u dao ñ ng 3.2.3. Các giai ño n x y ra hư h ng 3.2.3.1. Giai ño n 1 3.2.3.2. Giai ño n 2 3.2.3.3. Giai ño n 3 3.2.3.4. Giai ño n 4 3.2.4. D u hi u ch n ñoán hư h ng 3.2.4.1. lăn không hư h ng lăn không hư h ng l c ti p xúc gi a các b ph n c a thay ñ i theo th i gian và v trí thay ñ i c a con lăn là liên t c và ñ u. Hình 3.22 - Ph dao ñ ng c a lăn không hư h ng Trong ph dao ñ ng ch xu t hi n t n s b ng t n s quay c a tr c. Không có các t n s hư h ng khác c a lăn. 3.2.4.2. Hư h ng vòng trong
19 Hư h ng vòng trong sinh ra m t dãy các xung tín hi u năng lư ng cao có giá tr b ng t n s ti p xúc c a m t ñi m trên vòng trong v i con lăn (BPFI). Trong vùng ch u t i biên ñ dao ñ ng c a xung là cao nh t sau ñó gi m d n khi hư h ng ra kh i vùng t i. K t qu xu t hi n t n s ñi u bi n biên ñ t i BPFI v i kho ng cách b ng t n s quay FS. Hình 3. 25- Ph bao hình c a hư h ng vòng trong v i t c ñ tr c 1200(Vg/f) 3.2.4.3. Hư h ng vòng ngoài Hư h ng vòng ngoài sinh ra m t dãy các xung tín hi u năng lư ng cao có giá tr b ng t n s ti p xúc c a m t ñi m trên vòng ngoài v i con lăn (BPFO). Hư h ng vòng ngoài không ñư c ñi u bi n b i t n s quay c a tr c (FS).
20 Hình 3. 28- Ph hình bao c a tín hi u dao ñ ng trong trư ng h p lăn có hư h ng trên vòng ngoài [SKF] 3.2.4.4. Hư h ng con lăn Con lăn hư h ng va ñ p vào vòng lăn gây ra dao ñ ng, tín hi u dao ñ ng ñư c t o ra v i t n s b ng t n s ti p xúc c a m t ñi m trên con lăn v i vòng trong ho c vòng ngoài (BSF). Con lăn va ñ p c vòng ngoài và vòng trong nên trong ph thư ng xu t hi n t n s b ng hai l n t n s BSF, nhưng v i biên ñ không cao. Hư h ng con lăn ñư c ñi u bi n b i t n s quay c a vòng cách (FTF). Hình 3.31- Ph t n s hư h ng con lăn