一种基于循环平稳分析的滚动轴承故障特征提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110763464A(43)申请公布日2020.02.07(21)申请号201910898224.1(22)申请日2019.09.23(71)申请人中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所地址201601上海市松江区泗泾镇三祥路188号(72)发明人单添敏沈勇王景霖林泽力曹亮李胜男(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人杜永保(51)Int.Cl.G01M13/045(2019.01)G06K9/00(2006.01)G06F17/14(2006.01)权利要求书2页说明书4页(54)发明名称一种基于循环平稳分析的滚动轴承故障特征提取方法(57)摘要本发明提供一种基于循环平稳分析的滚动轴承故障特征提取方法，所述提取方法包括，获取齿轮箱的振动信号X(t)，进行谱峭度分析，获得振动信号X(t)的谱峭度值，确定谱峭度值最大处所对应的频带的中心频率和频率带宽；根据所述中心频率和频率带宽，确定频带范围，并在所述频带范围内，对所述振动信号X(t)进行带通滤波，得到滤波信号Y(t)；对所述滤波信号Y(t)进行二阶循环平稳分析，得到谱相关密度函数；利用所述谱相关密度函数获取滚动轴承外圈、内圈、滚动体、保持架的故障特征。CN110763464ACN110763464A权利要求书1/2页1.一种基于循环平稳分析的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，所述提取方法包括，获取齿轮箱的振动信号X(t)，对所述振动信号X(t)进行谱峭度分析，获得所述振动信号X(t)的谱峭度值，确定谱峭度值最大处所对应的频带的中心频率和频率带宽；t为信号获取时间；根据所述中心频率和频率带宽，确定频带范围，并在所述频带范围内，对所述振动信号X(t)进行带通滤波，得到滤波信号Y(t)；对所述滤波信号Y(t)进行二阶循环平稳分析，得到谱相关密度函数；根据齿轮箱内的滚动轴承的结构参数，计算滚动轴承的外圈通过频率f_o、内圈通过频率f_i、滚动体故障频率f_b、保持架故障频率f_s；利用所述谱相关密度函数计算所述外圈通过频率f_o、内圈通过频率f_i、滚动体故障频率f_b、保持架故障频率f_s在各自对应的循环频率区间内的所有切片的均方根值；选取所述外圈通过频率f_o、内圈通过频率f_i、滚动体故障频率f_b、保持架故障频率f_s在各自对应的循环频率区间内的均方根值的最大值，分别作为滚动轴承外圈、内圈、滚动体、保持架的故障特征。2.根据权利要求1所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，所述提取方法还包括，所述频带范围为[f_fl，f_cl]，其中，f_fl＝f_mid-f_band/2；f_cl＝f_mid+f_band/2；f_mid表示中心频率，f_band表示频率带宽。3.根据权利要求1所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，对所述滤波信号Y(t)进行二阶循环平稳分析，包括：计算滤波信号Y(t)的时变自相关函数ry(t,τ)；τ为时延因子；对时变自相关函数ry(t,τ)按照变量τ做离散傅里叶变换得到循环自相关函数Ry(τ,α)；α为信号循环频率；将所述循环自相关函数Ry(τ,α)以时延因子τ为变量进行傅里叶变化得到滤波信号Y(t)的谱相关密度函数Sy(f,α)。4.根据权利要求3所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，所述时变自相关函数ry(t,τ)，计算公式为其中，*为共轭，E(·)为统计平均。5.根据权利要求3所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，将所述循环自相关函数Ry(τ,α)以时延因子τ为变量进行傅里叶变化得到滤波信号Y(t)的谱相关密度函数Sy(f,α)，计算公式为，其中，f为信号频率、j表示虚数。6.根据权利要求1所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，外圈通过频率f_o、2CN110763464A权利要求书2/2页内圈通过频率f_i、滚动体故障频率f_b、保持架故障频率f_s的各自对应的循环频率区间分别为[f_o-0.5，f_o+0.5]、[f_i-0.5，f_i+0.5]、[f_b-0.5，f_b+0.5]、[f_s-0.5，f_s+0.5]。7.根据权利要求1所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，利用巴特沃斯带通滤波器对振动信号X(t)进行带通滤波。8.根据权利要求1所述的滚动轴承故障特征提取方法，其特征在于，所述滚动轴承的外圈通过频率f_o、内圈通过频率f_i、滚动体故障频率f_b、保持架故障频率f_s的计算公式为，外圈通过频率f_o＝(1+d/D)*fr*z/2；内圈通过频率f_i＝(1-d/D)*fr*z/2；滚动体故障频率f_b＝(1-(d/D)2)*fr*D/(2*d)；保持架故障频率f_s＝(1-d/D)*fr/2；其中，d为滚