智能型齿轮失效检测装置及其检测方法技术领域
本发明涉及一种智能型齿轮失效检测装置及其检测方法。
背景技术
齿轮作为重要的传动元件广泛应用于机械、冶金、矿山、汽车等各种机械
设备中，其运行工况直接影响设备的使用寿命并与安全生产息息相关。齿轮在
传动和运动过程中，齿轮接触表面在载荷作用下发生摩擦磨损并伴随温度升高，
最终导致齿轮失效，尤其是矿山、冶金等行业，齿轮在工作中承受的载荷非常
大，使用条件苛刻、更易发生齿轮失效。但是由于设备的工作环境相对恶劣，
因此人为进行检测很困难。如果能够实时监测齿轮的工作状态，及时发现问题
所在，便能避免因齿轮失效而导致的突发事故，比如因煤矿机械中齿轮失效而
引起的安全事故。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种智能型齿轮失效检测装置及其检
测方法。
本发明的技术手段如下：
一种智能型齿轮失效检测装置，包括：设置在齿轮的轮齿外侧或轮齿内侧
的磁性部件、设置在齿轮的轮齿与所述磁性部件之间的霍尔元件、以及与所述
霍尔元件输出端相连接的处理器；当所述齿轮转动时，该齿轮具有的轮齿逐一
经过所述霍尔元件，所述霍尔元件感应到所述轮齿经过所带来的磁场变化并输
出电信号给所述处理器，所述处理器根据接收到的电信号的高低电平变化获取
每一轮齿经过所述霍尔元件的时间，进而获知所述轮齿的厚度状态；
进一步地，当在距离所述霍尔元件的一定范围内有轮齿经过时，所述霍尔
元件输出高电平，当在距离所述霍尔元件的一定范围内未有轮齿经过时，所述
霍尔元件输出低电平；
进一步地，所述处理器对所述霍尔元件输出的各高电平信号的持续时间与
第一预设持续时间进行比较，当任一高电平信号的持续时间小于第一预设持续
时间时，所述处理器输出设备停止运行信号，该设备为包括所述齿轮的设备；
进一步地，所述处理器对所述霍尔元件输出的各低电平信号的持续时间与
第二预设持续时间进行比较，当任一低电平信号的持续时间高于第二预设持续
时间时，所述处理器输出轮齿折断报警信号；
另外，所述装置还包括与所述处理器相连接的显示器，该显示器用于对处
理器获知的各轮齿的厚度状态、以及对处理器输出的轮齿折断报警信号进行显
示；所述磁性部件为磁钢；所述霍尔元件为霍尔传感器；所述处理器为单片机。
一种智能型齿轮失效检测方法，包括如下步骤：
步骤1：配置磁性部件在齿轮的轮齿外侧或轮齿内侧，配置霍尔元件在齿轮
的轮齿与所述磁性部件之间；所述霍尔元件连接有处理器；
步骤2：当所述齿轮转动时，该齿轮具有的轮齿逐一经过所述霍尔元件，所
述霍尔元件感应到所述轮齿经过所带来的磁场变化并输出电信号给所述处理
器；
步骤3：所述处理器根据接收到的电信号的高低电平变化获取每一轮齿经过
所述霍尔元件的时间，进而获知所述轮齿的厚度状态；
进一步地，当在距离所述霍尔元件的一定范围内有轮齿经过时，所述霍尔
元件输出高电平，当在距离所述霍尔元件的一定范围内未有轮齿经过时，所述
霍尔元件输出低电平；
另外，在步骤3之后还包括如下步骤：
所述处理器对所述霍尔元件输出的各高电平信号的持续时间与第一预设持
续时间进行比较，当任一高电平信号的持续时间小于第一预设持续时间时，所
述处理器输出设备停止运行信号，该设备为包括所述齿轮的设备；
另外，在步骤3之后还包括如下步骤：
所述处理器对所述霍尔元件输出的各低电平信号的持续时间与第二预设持
续时间进行比较，当任一低电平信号的持续时间高于第二预设持续时间时，所
述处理器输出轮齿折断报警信号；
进一步地，
所述磁性部件为磁钢；所述霍尔元件为霍尔传感器；所述处理器为单片机；
在步骤3之后还包括如下步骤：
对处理器获知的各轮齿的厚度状态、以及处理器出的轮齿折断报警信号进
行显示。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的智能型齿轮失效检测装置及其检
测方法，能够实现监控齿轮的工作状态，及时发现齿轮工作中的异常状况并给
予警示，以避免不必要的损失；在一些环境恶劣的应用场所，人工检测很困难，
采用本发明可以在不拆开齿轮箱的情况下，对恶劣环境下工作的机器设备进行
检测，方便快捷，节约用工成本，进而根据齿轮实际工作状况，维护机器设备，
避免因断齿而引起齿轮箱的进一步破坏，预防因齿轮失效而引起的突发事故。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图；
图2是本发明所述装置的结构框图；
图3是本发明所述方法的流程图；
图4是本发明带有磁性部件的霍尔元件的电路连接示意图；
图5是本发明霍尔传感器的电子特性原理图；
图6是本发明所述齿轮未存在轮齿厚度减小或折断情况下霍尔元件输出的
信号示意图；
图7是本发明所述齿轮存在轮齿厚度减小情况下霍尔元件输出的信号示意
图；
图8是本发明所述齿轮存在轮齿折断情况下霍尔元件输出的信号示意图。
图中：1、齿轮，2、轮齿，3、霍尔元件，4、磁性部件。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种智能型齿轮失效检测装置，包括：设置在齿轮1
的轮齿2外侧或轮齿2内侧的磁性部件4、设置在齿轮1的轮齿2与所述磁性部
件4之间的霍尔元件3、以及与所述霍尔元件3输出端相连接的处理器；当所述
齿轮1转动时，该齿轮1具有的轮齿2逐一经过所述霍尔元件3，所述霍尔元件
3感应到所述轮齿2经过所带来的磁场变化并输出电信号给所述处理器，所述处
理器根据接收到的电信号的高低电平变化获取每一轮齿2经过所述霍尔元件3
的时间，进而获知所述轮齿2的厚度状态；进一步地，当在距离所述霍尔元件3
的一定范围内有轮齿2经过时，所述霍尔元件3输出高电平，当在距离所述霍
尔元件3的一定范围内未有轮齿2经过时，所述霍尔元件3输出低电平；进一
步地，所述处理器对所述霍尔元件3输出的各高电平信号的持续时间与第一预
设持续时间进行比较，当任一高电平信号的持续时间小于第一预设持续时间时，
所述处理器输出设备停止运行信号，该设备为包括所述齿轮1的设备；进一步
地，所述处理器对所述霍尔元件3输出的各低电平信号的持续时间与第二预设
持续时间进行比较，当任一低电平信号的持续时间高于第二预设持续时间时，
所述处理器输出轮齿2折断报警信号；另外，所述装置还包括与所述处理器相
连接的显示器，该显示器用于对处理器获知的各轮齿2的厚度状态、以及对处
理器输出的轮齿2折断报警信号进行显示；所述磁性部件4为磁钢；所述霍尔
元件3为霍尔传感器；所述处理器为单片机；所述磁性部件4为磁钢；所述霍
尔元件3为霍尔传感器；所述处理器为单片机；所述装置还包括用于给霍尔元
件3供电的电源Vcc，用于给所述处理器供电的稳压电路，以及用于给所述显示
器供电的显示电源。
如图3所示的一种智能型齿轮失效检测方法，包括如下步骤：
步骤1：配置磁性部件4在齿轮1的轮齿2外侧或轮齿2内侧，配置霍尔元
件3在齿轮1的轮齿2与所述磁性部件4之间；所述霍尔元件3连接有处理器；
步骤2：当所述齿轮1转动时，该齿轮1具有的轮齿2逐一经过所述霍尔元
件3，所述霍尔元件3感应到所述轮齿2经过所带来的磁场变化并输出电信号给
所述处理器；
步骤3：所述处理器根据接收到的电信号的高低电平变化获取每一轮齿2经
过所述霍尔元件3的时间，进而获知所述轮齿2的厚度状态；
进一步地，当在距离所述霍尔元件3的一定范围内有轮齿2经过时，所述
霍尔元件3输出高电平，当在距离所述霍尔元件3的一定范围内未有轮齿2经
过时，所述霍尔元件3输出低电平；另外，在步骤3之后还包括如下步骤：所
述处理器对所述霍尔元件3输出的各高电平信号的持续时间与第一预设持续时
间进行比较，当任一高电平信号的持续时间小于第一预设持续时间时，所述处
理器输出设备停止运行信号，该设备为包括所述齿轮1的设备；另外，在步骤3
之后还包括如下步骤：所述处理器对所述霍尔元件3输出的各低电平信号的持
续时间与第二预设持续时间进行比较，当任一低电平信号的持续时间高于第二
预设持续时间时，所述处理器输出轮齿2折断报警信号；进一步地，所述磁性
部件4为磁钢；所述霍尔元件3为霍尔传感器；所述处理器为单片机；在步骤3
之后还包括如下步骤：对处理器获知的各轮齿2的厚度状态、以及处理器出的
轮齿2折断报警信号进行显示。
图4是本发明带有磁性部件4的霍尔元件3的电路连接示意图，其中信号
Vout是霍尔元件3输出给处理器的电信号；图5示出了本发明霍尔传感器的电
子特性原理图，在外磁场的作用下，当磁感应强度达到正跳变点时，霍尔元件3
输出高电平，若外加磁场的磁感应强度降低到负跳变点时，霍尔元件3输出低
电平，当齿轮1的轮齿2之间的间隙在距离所述霍尔元件3的一定范围内时，
磁力线被分散，外部磁场的磁感应强度被降低，当齿轮1的轮齿2在距离所述
霍尔元件3的一定范围内时，磁力线变得集中，外部磁场的磁感应强度增强，
这里的一定范围可以为1～5mm。霍尔元件3可以设置在轮齿2一侧，磁性部件
4和轮齿2分别设置在霍尔元件3的两面，霍尔元件3搭配磁性部件4，使得霍
尔元件3的检测精度不受温度、湿度和光线强度的影响，检测精度更高；当齿
轮1转动时，霍尔元件3间歇性地感应到轮齿2并输出相应的高低电平信号，
具体地，当所述轮齿2靠近所述霍尔元件3时，所述霍尔元件3输出高电平，
当所述轮齿2离开所述霍尔元件3时，所述霍尔元件3输出低电平，如图6示
出了本发明所述齿轮1未存在轮齿2厚度减小或折断情况下霍尔元件3输出的
信号示意图；所述处理器根据接收到的高低电平信号获取每一轮齿2经过所述
霍尔元件3的时间，进而获知所述轮齿2的厚度状态，其中输出的高电平信号
或低电平信号的持续时间会因轮齿2的状态不同而不同，当某一轮齿2的厚度
减小时，其对应的高电平信号的持续时间则变短，如图7示出了本发明所述齿
轮1存在轮齿2厚度减小情况下霍尔元件3输出的信号示意图，进而根据轮齿2
厚度减少的快慢，能够预测齿轮1的使用寿命，当获知的任一轮齿2的厚度状
态减小到预设程度时所述处理器输出设备停止运行信号，该设备为包括所述齿
轮1的设备，并且，一旦出现某一轮齿2在折断，则霍尔元件3将无法感应到
该轮齿2，会使得霍尔元件3输出的高电平信号缺失，则相应地，霍尔元件3输
出的低电平信号的持续时间会变长，如图8示出了本发明所述齿轮1存在轮齿2
折断情况下霍尔元件3输出的信号示意图，通过所述处理器对所述霍尔元件3
输出的各低电平信号的持续时间与第二预设持续时间进行比较，当任一低电平
信号的持续时间高于第二预设持续时间时，所述处理器输出轮齿2折断报警信
号，进而应用该齿轮1的设备执行相应保护措施，避免事故发生；所述第一预
设持续时间和第二预设持续时间事先进行预设，不同的齿轮1在不同的转速下
运转时，对应的第一预设持续时间和第二预设持续时间是不同的，应先对某一
具体机械设备的完好无损的齿轮1进行信息采集，得到在该齿轮1不同转速下
霍尔元件3输出的高电平信号的持续时间和低电平信号的持续时间，进而确定
出第一预设持续时间和第二预设持续时间，通常第一预设持续时间取值为完好
无损的齿轮1在同一转速下运转时，霍尔元件3输出的高电平信号的持续时间
的2/3，第二预设持续时间取值为完好无损的齿轮1在同一转速下运转时，霍尔
元件3输出的低电平信号的持续时间的2倍。
本发明所述霍尔传感器采集信息和感应磁场变化的频率、检测距离应符合
精度要求，选用的单片机的存储器容量和计算速度应满足实际需要，显示器应
能直观的显示出轮齿2厚度的变化和轮齿2断裂情况；本发明是一种能够检测
齿轮失效的智能化装置，可安装在汽车、轮船、采煤机等机器的齿轮箱中，能
够实现监控齿轮的工作状态，及时发现齿轮工作中的异常状况并给予警示，以
避免不必要的损失；在一些环境恶劣的应用场所，人工检测很困难，采用本发
明可以在不拆开齿轮箱的情况下，对恶劣环境下工作的机器设备进行检测，方
便快捷，节约用工成本，进而根据齿轮实际工作状况，维护机器设备，避免因
断齿而引起齿轮箱的进一步破坏，预防因齿轮失效而引起的突发事故。本发明
还能够直观的显示轮齿的变化情况，便于用户准确及时的了解齿轮的工作状态，
保护机械设备，避免事故发生。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局
限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本
发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护
范围之内。