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基于巴克豪森效应的齿轮磨削烧伤检测

万刚  
【摘要】:齿轮是发动机传动系统十分关键的核心构件,磨削烧伤严重影响齿轮的使用寿命。目前常采用酸洗法检查齿轮的磨削烧伤,检查速度慢且对齿轮造成一定损伤,急需开发一种齿轮表面磨削损伤的快速检测方法。在巴克豪森效应理论研究基础上,本文采用20CrMnTi钢齿轮作为研究对象,尝试利用巴克豪森噪声(Magnetic Barkhausen Noise,MBN)法检测齿轮磨削烧伤,为齿轮烧伤检测提供依据。本文基于铁磁性材料巴克豪森效应,研制一套适用于齿轮磨削烧伤检测的巴克豪森噪声系统。检测系统由激励线圈、检测线圈、磁化电路、放大电路和信号采集等组成。通过试验,确定最佳激励电压及激励频率。根据相关性分析,确定巴克豪森噪声信号中均值、均方根值、振铃计数等信号特征值与材料硬度、应力之间关系。研究结果表明:本系统的最佳激励频率为50Hz,最佳激励电压为12V;45#淬火钢不同温度回火后硬度与巴克豪森噪声信号特征值关系为随着硬度升高特征值都存在明显的下降趋势,其中振铃计数对硬度反应最为敏感,相关性结果表明,均方根与硬度的相关性最高达到-0.988,振铃计数为-0.966,均值为-0.916;对热轧状态的45#钢在不同应力作用下的巴克豪森噪声信号进行研究,结果表明,在材料的弹性阶段,信号特征值随着拉应力的增大而增大,在屈服阶段信号上下起伏变化不明显,在颈缩段信号迅速降低,研究结果与X射线衍射法应力测量得到的残余应力关系相吻合,即残余应力高,噪声的均方根值低。在材料弹性阶段,振铃计数对应力最为敏感,相关性结果表明,振铃计数与应力的相关性最高,而均值最低。根据以上得到的优化参数及研究结果,本文对齿轮磨削烧伤进行检测,在回火型磨削烧伤区域,振铃计数有较大幅度提高,明显有别于其他区域。分别采用硬度法和酸洗法进行验证,回火型磨削烧伤区域硬度较未烧伤区域偏低,酸洗后颜色相对较深,从而验证了巴克豪森噪声法的正确性。本文的研究成果可以作为齿轮磨削烧伤检测和评定的基础。


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