机械传动系统中齿轮蠕变损伤的磁记忆检测方法研究

机械传动系统特别是齿轮箱故障早期预示一直是国内外机械工程界的研究热点，齿轮蠕变损伤引起的裂纹是导致传动系统发生灾难事故的重要原因，因此研究齿轮蠕变损伤的预测具有重要意义。本项目采取与传统振动监测方法不同的思路，从检测齿轮啮合齿面上应力集中区域出发，采用一种铁磁机械部件应力集中检测的新方法-磁记忆检测方法，研究齿轮啮合中蠕变损伤的磁记忆效应机理、齿轮蠕变损伤磁记忆信号的随机共振增强传输算法。实验研究齿轮啮合过程中的磁记忆效应、负载分布与磁记忆漏磁场分布的对应关系，研究啮合齿面蠕变损伤的预测准则。通过研究以期为齿轮啮合齿面蠕变损伤的早期预示找到一种行之有效的新途径。

本项目在对有关磁记忆检测方法及相关理论进行广泛调研、信息检索的基础上，深入分析了基于带磁偶极子及力磁耦合效应的铁磁材料磁记忆效应机理，提出了磁记忆特征信号产生的原因是带磁偶极子和力磁耦合效应共同作用的结果，对于裂纹类或其他类似宏观缺陷构件的磁记忆效应，带磁偶极子起主导作用，而对于早期疲劳损伤等不存在宏观几何缺陷的构件的磁记忆效应，则主要是力磁耦合效应的原因，并针对铁磁材料的上述两种缺陷进行了磁记忆漏磁特征的仿真分析。. 对齿轮单齿弯曲应力及啮合应力进行了有限元仿真分析，得到齿轮在受到弯曲应力和啮合过程中的应力分布。基于力磁耦合模型导出齿轮损伤/应力集中区的磁导率分布，求解得到了齿轮损伤表面处漏磁场的分布与磁记忆信号特征，分析了不同缺陷参数下漏磁信号的变化规律。. 齿轮早期损伤状态或应力集中处的磁记忆信号易受环境噪声干扰，其特征通常表现为一个微弱冲击信号的形式。研究了基于双稳系统随机共振微弱冲击信号检测算法，并进行了数值仿真，仿真表明算法能够有效增强微弱冲击信号的信噪比；完成了微弱磁记忆信号增强传输软件原型系统设计，并针对实测的反映齿轮应力集中的微弱冲击信号进行了实例验证。. 开展了齿轮疲劳实验过程中的磁记忆效应实验，通过实验初步研究了齿轮轮齿从正常状态到蠕变损伤裂纹萌生再到损伤扩展到宏观裂纹过程中磁记忆效应的特征，考察了不同阶段齿顶漏磁场分布的特点与规律，得到了齿轮弯曲疲劳裂纹损伤的判定准则。项目研究为齿轮轮齿疲劳裂纹蠕变损伤的早期预示提供了有益的一条新的技术途径。