本發(fā)明涉及一種行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法，屬于故障診斷技術(shù)與信號處理分析
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：行星齒輪箱相對于定軸傳動具有傳動比大，體積小，工作平穩(wěn)，承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，其廣泛被用于發(fā)電、航空、船舶、石化等行業(yè)的大型機(jī)械傳動中。然而，行星齒輪箱通常工作在低速、重載、陣風(fēng)、等惡劣環(huán)境下，導(dǎo)致齒輪易出現(xiàn)脫落、點(diǎn)蝕、裂紋等故障，一旦出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的停滯，造成損失。行星齒輪箱采用行星齒輪傳動系統(tǒng)，它遠(yuǎn)比定軸傳動系統(tǒng)復(fù)雜，以齒圈固定的行星齒輪傳動為例，一個或多個行星齒輪隨著行星架繞著太陽輪固定軸線旋轉(zhuǎn)，因此行星輪的轉(zhuǎn)動不僅相對于自身軸線轉(zhuǎn)動，而且繞著太陽輪公轉(zhuǎn)，行星輪在與齒圈嚙合的同時還與太陽輪嚙合。對于安裝在固定齒圈上方的振動傳感器，行星輪輪與齒圈嚙合產(chǎn)生的振動信號通過齒圈傳遞到傳感器，太陽輪和行星輪嚙合產(chǎn)生的振動信號則通過行星輪傳遞到齒圈再到傳感器，這兩種嚙合副的嚙合點(diǎn)與傳感器的距離隨著行星架的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，因此，對振動監(jiān)測而言傳感器拾取的信號其振動傳遞路徑具有時變性。而且為了受載均勻，通常行星輪的數(shù)量不止一個，其振動信號是多個嚙合振動的復(fù)雜疊加。此外，行星齒輪箱通常工作在惡劣的環(huán)境下，導(dǎo)致其運(yùn)行工況復(fù)雜，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等工況參數(shù)的變化將導(dǎo)致其振動信號具有明顯的非平穩(wěn)性，且對早期故障相對較微弱。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法，以用于對行星齒輪箱局部故障進(jìn)行診斷。針對行星齒輪箱故障診斷存在的問題，結(jié)合包絡(luò)弱特征提取、角域信號避免轉(zhuǎn)速波動、振動分離消除時變振動傳遞路徑影響和同步平均提高信噪比的優(yōu)勢，提出行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法，包括：信號采集步驟：通過加速度傳感器對行星齒輪箱原始振動信號和通過電渦流傳感器對行星齒輪箱鍵相脈沖信號進(jìn)行多通道同步采樣；信號處理步驟：首先對原始振動信號進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提取，獲得包絡(luò)信號，再提取包絡(luò)信號虛實(shí)部；對包絡(luò)信號虛實(shí)部根據(jù)計算階比跟蹤技術(shù)進(jìn)行等角度重采樣轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平穩(wěn)信號，獲得包絡(luò)虛實(shí)部角域信號；分別根據(jù)行星輪齒或太陽輪齒與齒圈上距離傳感器最近的齒的嚙合齒序pn,g，對嚙合齒序進(jìn)行重排得到重排齒序；通過行星齒輪箱鍵相脈沖信號根據(jù)齒輪傳動比i得到行星架鍵相脈沖信號，再根據(jù)行星架鍵相脈沖信號，對行星架每旋轉(zhuǎn)一圈，利用tukey窗函數(shù)以五齒寬的窗寬對包絡(luò)虛實(shí)部角域信號進(jìn)行加窗截取，獲取加窗截取信號；對加窗截取信號根據(jù)重排齒序重構(gòu)，得到單個行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號；特征提取步驟：在獲取行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號后，分別對其進(jìn)行同步平均，再將同步平均后的虛實(shí)部的角域振動分離信號按照虛實(shí)部合成振動分離信號，最后對合成的振動分離信號進(jìn)行頻譜分析獲得階比譜，完成行星齒輪箱的特征提取，同時，通過階比譜對應(yīng)的階次信息對行星齒輪箱局部故障進(jìn)行診斷。所述信號采集步驟的具體如下：將加速度傳感器安裝在固定齒圈的箱體上，將電渦流傳感器安裝在與太陽輪連接的輸入軸位置，通過加速度傳感器對行星齒輪箱原始振動信號和通過電渦流傳感器對行星齒輪箱鍵相脈沖信號進(jìn)行多通道同步采樣。所述嚙合齒序pn,g＝mod(nnr,ng)+1；其中，mod表示求余，n為行星架旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，nr、ng分別表示齒圈齒數(shù)和故障齒輪齒數(shù)，g表示行星輪或太陽輪。該方法首先對原始振動信號進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提?。粚Πj(luò)信號虛實(shí)部根據(jù)計算階比跟蹤技術(shù)進(jìn)行等角度重采樣轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平穩(wěn)信號，避免轉(zhuǎn)速波動的影響；再對包絡(luò)角域信號進(jìn)行振動分離，避免振動時變傳遞路徑的影響；最后對振動分離信號進(jìn)行同步平均，消除噪聲和無關(guān)周期分量的干擾，獲得較高信噪比的振動分離信號，對平均后振動分離信號進(jìn)行頻譜分析，分析故障階次信息完成行星齒輪箱局部故障的特征提取。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在包絡(luò)角域振動分離信號的階比譜中，能夠直接觀察行星輪和太陽輪的故障特征階次信息，能夠?qū)π行驱X輪箱局部故障進(jìn)行診斷。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明中行星輪故障原始振動信號；圖3為本發(fā)明中行星輪故障對應(yīng)鍵相脈沖信號；圖4為本發(fā)明中行星輪故障對應(yīng)轉(zhuǎn)速曲線；圖5為本發(fā)明中行星輪故障信號的譜峭度圖；圖6為本發(fā)明中行星輪故障同步平均后振動分離信號；圖7為本發(fā)明中行星輪同步平均后振動分離信號階比譜；圖8為本發(fā)明中太陽輪故障原始振動信號；圖9為本發(fā)明中太陽輪故障對應(yīng)鍵相脈沖信號；圖10為本發(fā)明中太陽輪故障對應(yīng)轉(zhuǎn)速曲線；圖11為本發(fā)明中太陽輪故障信號的譜峭度圖；圖12為本發(fā)明中太陽輪故障同步平均后振動分離信號；圖13為本發(fā)明中太陽輪同步平均后振動分離信號階比譜。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：如圖1-13所示，一種行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法，包括：信號采集步驟：通過加速度傳感器對行星齒輪箱原始振動信號和通過電渦流傳感器對行星齒輪箱鍵相脈沖信號進(jìn)行多通道同步采樣；信號處理步驟：首先對原始振動信號進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提取，獲得包絡(luò)信號，再提取包絡(luò)信號虛實(shí)部；對包絡(luò)信號虛實(shí)部根據(jù)計算階比跟蹤技術(shù)進(jìn)行等角度重采樣轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平穩(wěn)信號，獲得包絡(luò)虛實(shí)部角域信號；分別根據(jù)行星輪齒或太陽輪齒與齒圈上距離傳感器最近的齒的嚙合齒序pn,g，對嚙合齒序進(jìn)行重排得到重排齒序；通過行星齒輪箱鍵相脈沖信號根據(jù)齒輪傳動比i得到行星架鍵相脈沖信號，再根據(jù)行星架鍵相脈沖信號，對行星架每旋轉(zhuǎn)一圈，利用tukey窗函數(shù)以五齒寬的窗寬對包絡(luò)虛實(shí)部角域信號進(jìn)行加窗截取，獲取加窗截取信號；對加窗截取信號根據(jù)重排齒序重構(gòu)，得到單個行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號；特征提取步驟：在獲取行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號后，分別對其進(jìn)行同步平均，再將同步平均后的虛實(shí)部的角域振動分離信號按照虛實(shí)部合成振動分離信號，最后對合成的振動分離信號進(jìn)行頻譜分析獲得階比譜，完成行星齒輪箱的特征提取，同時，通過階比譜對應(yīng)的階次信息對行星齒輪箱局部故障進(jìn)行診斷。所述信號采集步驟的具體如下：將加速度傳感器安裝在固定齒圈的箱體上，將電渦流傳感器安裝在與太陽輪連接的輸入軸位置，通過加速度傳感器對行星齒輪箱原始振動信號和通過電渦流傳感器對行星齒輪箱鍵相脈沖信號進(jìn)行多通道同步采樣。所述嚙合齒序pn,g＝mod(nnr,ng)+1；其中，mod表示求余，n為行星架旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，nr、ng分別表示齒圈齒數(shù)和故障齒輪齒數(shù)，g表示行星輪或太陽輪。實(shí)施例2：如圖1-13所示，一種行星齒輪箱時變振動傳遞路徑下的故障特征包絡(luò)提取方法，包括：信號采集步驟：通過加速度傳感器對行星齒輪箱原始振動信號和通過電渦流傳感器對行星齒輪箱鍵相脈沖信號進(jìn)行多通道同步采樣；信號處理步驟：首先對原始振動信號進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提取，獲得包絡(luò)信號，再提取包絡(luò)信號虛實(shí)部；對包絡(luò)信號虛實(shí)部根據(jù)計算階比跟蹤技術(shù)進(jìn)行等角度重采樣轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平穩(wěn)信號，獲得包絡(luò)虛實(shí)部角域信號；分別根據(jù)行星輪齒或太陽輪齒與齒圈上距離傳感器最近的齒的嚙合齒序pn,g，對嚙合齒序進(jìn)行重排得到重排齒序；通過行星齒輪箱鍵相脈沖信號根據(jù)齒輪傳動比i得到行星架鍵相脈沖信號，再根據(jù)行星架鍵相脈沖信號，對行星架每旋轉(zhuǎn)一圈，利用tukey窗函數(shù)以五齒寬的窗寬對包絡(luò)虛實(shí)部角域信號進(jìn)行加窗截取，獲取加窗截取信號；對加窗截取信號根據(jù)重排齒序重構(gòu)，得到單個行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號；特征提取步驟：在獲取行星輪或太陽輪包絡(luò)虛實(shí)部角域振動分離信號后，分別對其進(jìn)行同步平均，再將同步平均后的虛實(shí)部的角域振動分離信號按照虛實(shí)部合成振動分離信號，最后對合成的振動分離信號進(jìn)行頻譜分析獲得階比譜，完成行星齒輪箱局部故障的特征提取，通過階比譜對應(yīng)的故障階次信息對行星齒輪箱局部故障進(jìn)行診斷。實(shí)施例3：如圖1-13所示，齒箱具體參數(shù)如下：1)太陽輪齒數(shù)28；2)行星輪齒數(shù)20；3)齒圈齒數(shù)71；4)行星輪個數(shù)3；5)在對信號進(jìn)行高頻采樣時，輸入軸轉(zhuǎn)速為1000r/min；故障類型為：分別對行星輪和太陽輪其中一個輪齒上加工了一個齒根裂紋(其用電火花加工出一個深度為4mm的齒根裂紋故障)；連接太陽輪輸入軸的鍵相脈沖信號采用電渦流傳感器拾??；行星齒輪箱故障振動信號采用壓電式加速度傳感器拾取，其安裝在齒圈正上方。應(yīng)用本發(fā)明中的方法對本實(shí)例中的行星齒輪箱中行星輪和太陽輪局部故障進(jìn)行故障診斷的步驟為：step1、將壓電式加速度傳感器固定在本實(shí)施例中的行星齒輪箱上，具體為與齒圈固定連接的箱體正上方，分別獲取行星輪故障和太陽輪故障原始振動信號，如圖2、8所示，電渦流傳感器安裝在與太陽輪連接的輸入軸位置，獲取鍵相脈沖信號，采集信號的采樣頻率為51.2khz。采集過程中應(yīng)避免環(huán)境對信號采集的影響，所采集的輸入軸鍵相脈沖信號(如圖3、9所示，分別與行星輪故障和太陽輪故障原始振動信號同步采樣得到)，采集信號太陽輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r/min，其轉(zhuǎn)速曲線(如圖4、10所示，與鍵相脈沖信號對應(yīng))。表1行星齒輪箱參數(shù)齒輪齒數(shù)(個)太陽輪ns28行星輪np20齒圈na71行星輪個數(shù)n3階次分析中選用行星架鍵相脈沖信號作為參考信號，根據(jù)行星齒輪箱的傳動特點(diǎn)，嚙合頻率為fm。fm＝nrfc＝np(fp+fc)＝ns(fs-fc)(1)則相對于行星架的嚙合階次為lm：行星輪故障頻率為行星輪相對于行星架的轉(zhuǎn)頻則行星輪的故障階次為太陽輪故障頻率為太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)頻fsr。fsr＝fs-fc＝fc(nr/ns)(5)則太陽輪的故障階次為式中，nr、np、ns分別表示齒圈、行星輪、太陽輪齒數(shù)，fm為齒輪箱嚙合頻率，fc為行星架旋轉(zhuǎn)頻率，fp為行星輪的絕對旋轉(zhuǎn)頻率，fs太陽輪的絕對旋轉(zhuǎn)頻率，nc為行星架轉(zhuǎn)速。由上式以及行星齒輪箱參數(shù)(見表1)可計算出行星齒輪箱的特征頻率(見表2)。表2行星齒輪箱特征階次step2、分別對行星輪和太陽輪故障信號進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提取，獲得包絡(luò)信號的虛實(shí)部信號，其譜峭度圖如圖5、11所示。step3、利用階次跟蹤技術(shù)對包絡(luò)信號的虛實(shí)部進(jìn)行等角度重采樣。step4、分別根據(jù)行星輪和太陽輪齒輪齒數(shù)驗證與齒圈上固定齒的嚙合齒序，對嚙合齒序進(jìn)行重排，如表3、4所示；嚙合齒序pn,g＝mod(nnr,ng)+1；mod表示求余，n為行星架旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，nr、ng分別表示齒圈齒數(shù)和故障齒輪齒數(shù)，g表示行星輪或太陽輪。表3行星輪嚙合齒序n12345678910npx112314516718920n11121314151617181920npx1121341561781910表4太陽輪嚙合齒序n12345678910nsx116318520722924n11121314151617181920nsx11261328152174196n2122232425262728nsx218231025122714表中，npx是求出來的行星輪的嚙合齒序，nsx是求出來的太陽輪的嚙合齒序。step5、根據(jù)齒輪傳動比i得到行星架鍵相脈沖信號；i為齒輪傳動比；step6、根據(jù)行星架每旋轉(zhuǎn)一圈，利用tukey窗函數(shù)對虛部和實(shí)部的重采樣角域信號進(jìn)行加窗處理，獲取加窗截取信號；step7、對step6獲得的加窗截取信號根據(jù)step4得到的齒序重構(gòu)單個行星輪或太陽輪虛部和實(shí)部角域振動分離信號；step8、對step7獲取的虛實(shí)部角域振動分離信號進(jìn)行同步平均；step9、對step8獲取的包絡(luò)信號虛實(shí)部的平均后角域振動分離信號按照虛實(shí)部進(jìn)行重構(gòu)，獲得平均后振動分離信號如圖6、12所示(分別對應(yīng)行星輪故障和太陽輪故障)；step8、對step7獲取的平均后的包絡(luò)角域振動分離信號進(jìn)行fft變換，獲得其階比譜，如圖7、13所示(分別對應(yīng)行星輪故障和太陽輪故障)；通過階比譜對應(yīng)的故障階次信息對行星齒輪箱局部故障進(jìn)行診斷。由于行星齒輪箱的故障信號隨傳輸路徑而不斷變化，邊帶成份非常復(fù)雜，但經(jīng)過振動分離提取后的階比譜上清晰的顯示行星齒輪箱故障特征階次信息，進(jìn)行基于譜峭度的包絡(luò)提取能有效提取早期弱故障特征，經(jīng)過同步平均，其噪聲和其他無關(guān)分量被大大削弱，提高信號的信噪比。綜合對比可分析出行星齒輪箱的局部故障。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。當(dāng)前第1頁12