基于可调品质因子小波阈值降噪的滚动轴承故障诊断方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115962941A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211168781.6(22)申请日2022.09.24(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路申请人中国航发四川燃气涡轮研究院(72)发明人张春林王艳丰侯文博蔡克燊(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事务所(普通合伙)61290专利代理师刘新琼(51)Int.Cl.G01M13/045(2019.01)G06F17/14(2006.01)G06F17/15(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称基于可调品质因子小波阈值降噪的滚动轴承故障诊断方法(57)摘要本发明涉及一种基于可调品质因子小波阈值降噪的滚动轴承故障诊断方法，包括：1)采集滚动轴承运行过程状态信号并计算测试轴承各部件发生损伤时对应的故障特征频率；2)构造一种包含过渡带、连续的阈值函数；3)基于振动测试信号自适应构造与故障特征信号相匹配的可调品质因子小波参数；4)获得最优可调品质因子小波阈值降噪后的信号；5)基于降噪后信号的包络谱诊断滚动轴承的故障类型。本发明结合了可调品质因子小波具有基函数振荡属性灵活可调的优势及阈值降噪强大的去噪能力，能够在强噪声环境下对滚动轴承的振动信号进行分析及故障诊断。CN115962941ACN115962941A权利要求书1/3页1.一种基于可调品质因子小波阈值降噪的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于步骤如下：步骤1：通过轴承座上安装的加速度传感器采集滚动轴承运行过程中的振动信号x(n),n＝1,2,…,N，其中N为离散信号长度；基于测试轴承的节经、接触角、滚子数、及转轴转速，分别计算滚动轴承不同部件出现局部损伤情况下对应的故障特征频率fi，其中i＝1,2,3,4分别对应滚动轴承的外圈、内圈、滚动体、保持架部件；步骤2：构造一个在阈值处连续、且大幅值系数与原值相同的阈值函数，表示如下：式中：λ是针对可调品质因子小波分解系数通过Stein无偏似然估计原理自适应确定的阈值；α为过渡带调节系数并满足0<α<1；步骤3：基于滚动轴承振动信号自适应构造相匹配的可调品质因子小波基函数首先构造可调品质因子小波变换的参数空间Γ{Q,r}，其中Q为品质因子，r为冗余度；针对参数空间中每一组参数组合(Q,r)，构造对应的可调品质因子小波基函数ψQ,r，进而对振动信号x(n)进行分解得到各层小波分解系数ωj，其中j＝1,2,...J为小波分解层，J为最大分解层；采用步骤2的阈值函数对各层小波分解系数ωj进行重置并通过可调品质因子小波逆变换获得降噪后信号计算的包络信号谐噪比，并绘制不同参数组合(Q,r)下的包络信号谐噪比谱图；选取最大包络信号谐噪比对应的参数组合(Q*,r*)及为最优匹配的可调品质因子小波基函数；步骤4：采用最有匹配的可调品质因子小波基函数选择其在步骤3中对应的降噪后信号为可调品质因子小波阈值降噪信号步骤5：计算可调品质因子小波阈值降噪信号的Hilbert包络谱，并根据包络谱中主要频率分量确定滚动轴承的故障部件。2.根据权利要求1所述的一种基于可调品质因子小波阈值降噪的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤3具体过程如下：3.1)可调品质因子小波的控制参数包括品质因子Q与冗余度r，构造对应的参数空间Γ：Γ＝{(Q,r)|Q＝2,3,...15；r＝2,3,...10}3.2)针对参数空间Γ中每一种参数组合(Q,r)，构造对应的可调品质因子小波基函数ψQ,r，进而对振动监测信号x(n)进行J层分解得到各层小波系数ωj：ωj＝TQWT[x(n)],j＝1,2,...,J其中：TQWT[·]为可调品质因子小波变换，j为小波分解层，J为最大分解层，将每层小2CN115962941A权利要求书2/3页波基函数可以表示为ψQ,r(j)；3.3)基于各层小波基函数的模|ψQ,r(j)|，对各层小波系数进行归一化处理，得到各层归一化小波系数ω′j：ω′j＝ωj/ψQ,r(j)|,j＝1,2,...,J对于各层归一化小波系数集合{ω′j}，通过Stein无偏似然估计原理自适应确定归一化阈值λ′，可调品质小波各层系数阈值计算为：λj＝λ′|ψQ,r(j)|,j＝1,2,...,J3.4)选择过渡带调节系数为α＝0.5～0.6，通过步骤2所构造的阈值函数对各层系数ωj进行重置，重置后的各层系数表示为将重置后各层系数通过可调品质因子小波逆变换，重构得到降噪后信号：其中：iTQWT[·]为可调品质因子小波逆变换；3.5)计算的包络信号X(n)，进而计算包络信号的谐噪比式中：corr<·>为自相关函数，max(·)为取最大值操作；表征了包络信号中周期分量的与噪声分量的能量比；