摘 要

齿轮在许多领域，比如汽车、航空、机械设备中应用十分广泛，是重要的零部件，起到的主要作用是改变转速和传递扭矩，在整个设备生产运行起着非常重要的地位。但是，随着设备的长时间运行，反复不断地施加载荷，齿轮的疲劳断裂等情况难免会发生，进而发生故障影响整个生产设备的运行，从而使生产链的整体性能下降，影响生产效率，甚至威胁到生产辅助人员的生命安全，造成了严重的事故和重大的经济损失。

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用[1]

关键词：齿轮传动 光纤光栅 传感器 动态检测

Abstract

Gear in many fields, such as automobile, aviation, machinery equipment, they are widely used in are the important parts, the main effect is to change the rotation speed and torque, in the whole equipment operation plays a very important position.But, as the long time operation, repeatedly applied load, fatigue fracture of the gear, and so on and so forth will inevitably occur, which affect the operation of the whole production equipment breakdown, so that the decline in the general performance of the production chain, affects the production efficiency, and even threatened the life safety of auxiliary production staff, caused serious accidents and serious economic losses.Fiber Bragg grating is a kind of through a certain method makes light axial periodic modulation of refractive index of fiber core and formation of the diffraction grating, is a kind of passive filter.Because the optical fiber grating has small volume, small loss of welding, fully compatible with optical fiber, can into the advantages of intelligent materials, and the resonant wavelength of temperature, strain and the change of the refractive index and the concentration of the external environment is more sensitive, so in the field of optical fiber communication and sensing has been widely used

Keywords: gear transmission fiber Bragg grating sensor dynamic detection

中文摘要 2

1.前言 3

2. 齿轮介绍 3

2.1齿轮的背景 3

2.2齿轮的故障类型 4

2.3齿轮一般故障与相应的原因 4

2.4齿轮实验装置 4

2.41齿轮传动实验装置的介绍 4

2.42齿轮传动试验装置的结构 5

2.43工作原理 7

2.44多功能齿轮实验台主要参数和要求 7

2.45国内外现状 9

3.光纤光栅传感技术的介绍 10

3.1光纤光栅的背景 10

3.11光纤的介绍 11

3.12光纤光栅的介绍 11

3.13选取光纤光栅的原因 12

3.2光纤光栅传感技术的现状 12

3.3光纤光栅传感的原理 13

4.齿轮传动动态检测系统 14

4.1齿轮部分 16

4.2信号的解调 17

4.21信号解调的背景 17

4.22信号解调的原理 17

4.23解调仪 17

4.3信号采集系统设计 18

4.31信号采集系统的系统设计 19

4.4温度/应变解耦 23

总结与展望 27

参考文献： 28

1.前言

齿轮传动在机械传动中是十分重要的，也是应用最广泛的一种传动形式。齿轮传动对机械产品的性能和质量有着很大的影响。齿轮传动的功率很大，一般来说可达到数十万千瓦，圆周速度可达300m/s，直径可达10m以上。并且齿轮传动也有许多优点，比如工作可靠，寿命长，传动比恒定，效率高。但是齿轮传动也是有着一些缺点，比如的制造以及安装精度要求高，使用成本高，并且不适宜远距离传动。齿轮传动很容易发生蝴蝶效应，在连续生产过程中，可能某处发生微小故障就可能引发一系列的反应，造成巨大的经济损失，甚至会危及人的生命安全，造成不可估量的后果。而在整个机械设备的发生的故障中齿轮的故障所占的比例非常高。因此，对齿轮故障进行研究，提前探测出齿轮的故障，进行维修或者更换是保证整个设备正常运行的有力保障，有非常大的经济社会效益。

光纤光栅是一种无源器件，是一种使用一定方法使光纤纤芯的折射率在轴向上周期性变化而形成的衍射光栅，在传感领域有重要的应用，由于其测量灵敏度高、波长可选择、体积小、不受电磁干扰等特点，不受非线性效应影响、抗电磁干扰能力强、同光纤通信系统连接损耗低等优点，许多机械故障都可以用光纤光栅来检测和监控。光纤传感主要是以光波为载体，以光纤为介质，用以测量和传输外界信号的变化，经常被用来测量一些微小的信号，例如温度应变等。光纤光栅传感技术具有特有的优势，最大的优点是光波在传播过程中电磁场并不能对其造成干扰，并且非常容易被光探测器探测并接收到从而转换为电信号，光纤光栅传感技术的迅猛发展为现代工业发展以及电子技术的发展创造了条件。

齿轮介绍

2.1齿轮的背景

齿轮是一种非常常见的传动零部件，有着许多优点，因为其传动效率高、传动比大、传动精确从而倍受青睐，在各种机械设备中应用十分广泛。机械设备正在迅猛的发展，对齿轮的需求也越来越大，齿轮的地位就显得尤为重要。这便是我们要研究齿轮故障检测的原因。一直以来，对齿轮的优劣的评估便有许多方面，除了加工工艺的好坏以及材料的应用之外，齿轮本身振动也决定着一个齿轮的优劣，在高载荷下长时间工作对齿轮的磨损非常严重，因此对于高载荷，高转速的环境，对齿轮本身的振动更加严苛。齿轮的故障检测技术一直在发展与进步，也已经有了几十年的发展历程带来了巨大的经济效益和社会效益，从而也推动了机械设备的发展迈向大型化、高效化、智能化。因此，对齿轮或者齿轮箱的故障诊断便成为了一个非常热门并且非常有价值的课题。其中以欧美国家占主导地位。1968年，英国研究人员就齿轮的振动和噪声发表了很多著名的研究曲线，几年后，英国成立了机器保健与监测协会；一些由美国自主研发的产品，对设备的的有着较强的诊断诊断能力，使得它们的产品在航空、军事、化工方面有着广泛的应用，因此美国走在世界故障诊断学的领先水平；日本故障诊断技术在冶金、生产设备等工业中应用比较成熟；而我国由于起步较晚所以相对于美国之类的国家比较落后，但是我们却也一直努力，并且取得了许多成就，如哈工大的机组振动微机监测和故障诊断系统等。但这些研究都是建立在齿轮的振动信号有着平稳性的假定情况下。但在实际应用中上，一个齿轮因为其加工等方面的因素导致其在实际生产中有着非平稳性。

2.2齿轮的故障类型

齿轮的主要故障类型包括以下几点：

1、齿面剥落 2、滚动上方擦伤