一种齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法.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CN106644467A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611225423.9(22)申请日2016.12.27(71)申请人华南理工大学地址511458广东省广州市南沙区环市大道南路25号华工大广州产研院(72)发明人李永焯丁康何国林林慧斌杨小青吴兆乾(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人李斌(51)Int.Cl.G01M13/02(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图5页(54)发明名称一种齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法(57)摘要本发明公开了一种齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，包括：同步采集变速工况下齿轮箱时域振动加速度信号和转速信号；将振动加速度信号进行阶次跟踪处理，获得角域振动加速度信号；构造平稳调制字典，并对信号整周期分段；对每段信号进行匹配追踪算法处理，重构信号中的准平稳调制信号；将剩余角域信号转换为时域信号；从剩余信号中识别出齿轮箱多阶固有频率和阻尼比；对剩余时域信号进行分段，构造冲击调制字典；利用匹配追踪算法提取信号中的冲击调制成分，对冲击调制成分进行阶次跟踪处理；分析提取信号的阶次域特征用于故障诊断。本发明将稀疏分解方法应用到变速工况的齿轮箱非平稳信号特征提取中，能够提高计算速度和信号的匹配精度。CN106644467ACN106644467A权利要求书1/4页1.一种齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：A、准平稳调制信号分离：S1、同步采集变速工况下齿轮箱箱体某测量点时域振动加速度信号和转速信号；S2、将振动加速度信号进行阶次跟踪处理，获得角域振动加速度信号；S3、对角域振动加速度信号整周期分段，构造平稳调制字典；S4、对步骤S3分段后的每段信号进行匹配追踪算法处理，重构信号中的准平稳调制信号；B、冲击调制信号提取：S5、计算角域振动加速度信号与准平稳调制信号的差值，得到剩余角域信号，将剩余角域信号转换为剩余时域信号；S6、从剩余时域信号中识别出齿轮箱的多阶固有频率和阻尼比；S7、对剩余时域信号进行分段，构造冲击调制字典；利用匹配追踪算法提取信号中的冲击调制成分，对冲击调制成分进行阶次跟踪处理，得到冲击调制信号；S8、根据得到的准平稳调制信号和冲击调制信号，分析其阶次域特征，以用于故障诊断。2.根据权利要求1所述的齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤为：S1-1、建立空间坐标系XYZ，其中X轴正向指向齿轮箱中心轴线输入轴往输出轴方向，Z轴正向竖直向上，Y轴正向由右手定则确定；S1-2、在所述齿轮箱轴承座表面安装1个单向加速度传感器，测试方向为Z轴，在所述齿轮箱输入轴或输出轴处安装1个转速计，然后分别依次连接传感器、数据采集器和便携式计算机；S1-3、设置采样频率fs，同步采集时域振动加速度信号x(t)和转速信号r(t)，单位分别为m/s2和r/min。3.根据权利要求2所述的齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤为：S2-1、计算参考轴的角位移曲线θ(t)，采样间隔Δt为采样频率fs的倒数：S2-2、确定分析的阶次带宽Om，设定滤波器的截止频率fc，对振动加速度信号x(t)进行低通滤波处理；S2-3、确定角域阶次采样率Os，以间隔Δθ＝1/Os生成转角序列θ，对角位移曲线θ(t)三次样条插值，获得对应的重采样时间序列t′；S2-4、按照时间序列t′对振动加速度信号x(t)进行三次样条插值重采样，从而得到等角度间隔的角域振动加速度信号x(θ)。4.根据权利要求3所述的齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤为：S3-1、将角域振动加速度信号x(θ)按a转(a∈N+)、重叠率为e,e∈[0,1)进行分段，分段后每段信号记为xw(θ)，w＝1,2,...,W；2CN106644467A权利要求书2/4页S3-2、对角域振动加速度信号x(θ)作三维阶次谱分析，确定啮合阶次的最高阶次M和调制阶次的单边最高阶次K；S3-3、根据下式构造余弦原子组成平稳调制字典Dstd；式中，Oi和分别为余弦原子的阶次和相位；On为旋转阶次，是齿轮箱中所有轴的旋转阶次的集合；z为齿轮的齿数；m为啮合阶次的高倍阶次，k为调制阶次的单边高倍阶次；M和K的选取要尽可能的覆盖振动响应信号中的最高阶啮合阶次和最高阶调制边带；θmax为分段信号的长度，为2πa。5.根据权利要求4所述的齿轮箱非平稳信号故障特征提取方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤为：S4-1、按照下式计算平稳调制字典Dstd中各原子与xw(θ)的内积值：记第v次匹配的内积最大值对应的原子为幅值为其中为第v次匹配中残余信号与原子的内积值，L