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(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CN110174261A(43)申请公布日2019.08.27(21)申请号201910432767.4(22)申请日2019.05.23(71)申请人太原科技大学地址030024山西省太原市万柏林区瓦流路66号(72)发明人石慧赵李志张岩(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人王思俊(51)Int.Cl.G01M13/021(2019.01)G01M13/025(2019.01)G01M13/028(2019.01)权利要求书4页说明书11页附图5页(54)发明名称多退化量监测的齿轮实时剩余寿命预测方法(57)摘要一种多退化量监测的齿轮实时剩余寿命预测方法,属于机械可靠性技术领域。实施步骤如下:1、利用加速度传感器和噪声传感器对主试齿轮箱内齿轮退化实时监测;2、对齿轮退化状态进行特征提取和衰退评估;3、采用核估计和随机滤波理论的方法分别对齿轮箱的振动加速度和噪声进行建模,获得齿轮箱剩余寿命概率密度函数,得到单退化量剩余寿命边缘分布函数;4、利用Copula函数表示齿轮箱的振动加速度和噪声之间的随机相关性,求得齿轮箱剩余寿命的联合分布函数;5、根据齿轮箱剩余寿命联合分布函数求得其剩余寿命联合概率密度函数,最后得到齿轮箱剩余寿命预测值;优点是有效地预测齿轮退化状态及实时剩余寿命,为齿轮预防性维修提供依据。CN110174261ACN110174261A权利要求书1/4页1.基于多退化量监测的齿轮实时剩余寿命预测方法,实施步骤如下:步骤1、通过试验获取表征主试齿轮箱(1)内齿轮状态的实时监测数据:采用试验台架的中心距为a=150mm,试验采用机械杠杆(6)加载,扭矩采用转矩传感器(13#)进行测量,主陪试齿轮箱(1)(2)中均为正、反面交错搭接啮合的一对齿轮,齿轮的断齿状态等效为齿轮的失效,试验共布置八个加速度传感器(1#~8#),两个噪声传感器(9#、10#),一个温度传感器(11#),一个转速传感器(12#),一个转矩传感器(13#);有四个加速度传感器(1#~4#)分别布置在主试齿轮箱(1)轴承座的径向位置,有两个加速度传感器(7#、8#)分别布置在主试齿轮箱(1)的轴向位置,有两个加速度传感器(5#、6#)分别布置在陪试齿轮箱(2)轴承座的径向位置;有两个噪声传感器(9#、10#)分别悬挂在主试齿轮箱(1)和陪试齿轮箱(2)正上方40cm处;一个温度传感器(11#)布置在主试齿轮箱(1)内部;一个转速传感器(12#)布置在驱动电机(8)与陪试齿轮箱(2)联接轴的中部;一个转矩传感器(13#)布置在主试齿轮箱(1)与陪试齿轮箱(2)联接轴的中部;试验中依次加载八级载荷,八级载荷的大小在330~850扭矩之间,每级载荷的加载时间为9~12个小时,在第八级载荷发生断齿,通过用加速度传感器(4#)记录齿轮的加速度数据,剩余寿命预测选取从第八级加载开始到断齿的加速度测试点整个时域信号进行分析,采样信息如下:采样频率为20~30kHz,每次采样持续50~70秒,每隔8~10分钟记录一次采样文本;步骤2、对主试齿轮箱(1)内齿轮的退化状态进行特征提取,利用均方幅值对齿轮磨损退化性能进行衰退评估,对于每次采样时间长度内,采样信号的均方幅值特征值表示为:式中:∑为求和号,n为每个采样周期的采样点数,yi为ti时刻齿轮的状态信息,yj为齿轮每个采样周期的数据;通过均方幅值对加速度和噪声数据处理;步骤3、根据主试齿轮箱(1)内齿轮的初始故障数据,利用核密度估计方法以及随机滤波理论,建立单退化量的退化轨迹,得到主试齿轮箱(1)内齿轮的剩余寿命概率密度函数;对于主试齿轮箱(1)的剩余寿命概率密度函数fi,k(xi,k|Yi,k),通过贝叶斯定理获得fi,k(xi,k|Yi,k)的递推形式;由贝叶斯定理得:式中:xi,k表示在单退化量i下tk时刻主试齿轮箱(1)的剩余寿命;Yi,k表示第i个退化量tk时刻的历史监测数据,i=1表示单退化量为加速度,i=2表示单退化量为噪声;因为:fi,k(yi,k|xi,k,Yi,k-1)=fi,k(yi,k|xi,k)(3)2CN110174261A权利要求书2/4页所以:在tk时刻的剩余寿命等于tk-1时刻的剩余寿命减去时刻tk和时刻tk-1之间的间隔,即:根据式(5)和式(6),得到随机滤波方程为:在t1时刻,可知fi,0(xi,0-t1+t0|Yi,0)=fX,0(xi,0-t1+t0),可求得:在t2时刻,可求得:估计出fi,0(xi,0)和fi,k(yi,k|xi,k),通过递推公式(7)计算得到fi,k(xi,k|Yi,k);用核密度估计fi,0(xi,0)和fi,k(yi,k|xi,k),即:设X1,X2