本發(fā)明屬于齒輪故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種基于離散隨機(jī)分離算法的齒輪狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)提取方法。

背景技術(shù)：

齒輪作為機(jī)械設(shè)備中一種必不可少的連接和傳遞動力的通用零部件，在金屬切削機(jī)床、航空、電力系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械等現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。但由于其本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣等原因，齒輪及齒輪箱易受到損害和出現(xiàn)故障，直接影響設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，埋下重大安全隱患。因此，通過提取準(zhǔn)確、有效的齒輪運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，實現(xiàn)齒輪狀態(tài)監(jiān)測顯得十分重要。

齒輪本身存在缺陷或故障，或是軸彎曲等故障均會引起齒輪異常振動，振動信號主要表現(xiàn)為調(diào)制行為，調(diào)制的載波頻率是嚙合頻率及其倍頻，調(diào)制信號為故障軸的旋轉(zhuǎn)頻率及其高次諧波，故障程度不同，調(diào)制程度不同。因此，通過提取調(diào)制信號可以有效實現(xiàn)齒輪的狀態(tài)監(jiān)測，但由于齒輪箱振動信號信噪較差，尤其是低速軸齒輪的邊頻往往被噪聲淹沒，提取較難。如何有效提取邊頻信息，并用于齒輪狀態(tài)監(jiān)測是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。j.antoni提出離散隨機(jī)分離(discreterandomseparation，簡寫drs)方法，可實現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)制信號與沖擊信號的解耦，但是目前還沒有將其用于齒輪狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)提取的文獻(xiàn)公開。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于離散隨機(jī)分離算法的齒輪狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)提取方法，有效提取邊頻信息，實現(xiàn)了齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于離散隨機(jī)分離算法的齒輪狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)提取方法，包括以下步驟：

1)計算基準(zhǔn)信號一倍嚙合階次的1～4倍邊頻幅值的最大值與最小值：先采集n組正常狀態(tài)振動加速度信號，分別對每組信號數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析，并設(shè)計第一drs濾波頻響函數(shù)h(f)，并通過第一drs濾波頻響函數(shù)h(f)分離隨機(jī)離散信號，得到第一平穩(wěn)調(diào)制信號；將第一平穩(wěn)調(diào)制信號進(jìn)行elliptic濾波，獲取齒輪1倍嚙合階次的1～4倍邊頻，記作fⁱ，其中i＝1,…,8，構(gòu)成n×i矩陣a，計算矩陣a每列最大值及最小值作為基準(zhǔn)狀態(tài)的上下閾值，即向量fmax，fmin；

2)計算待測信號的一倍嚙合階次的1～4倍邊頻幅值：先采集一組待測狀態(tài)振動加速度信號，然后對該組信號數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析，并設(shè)計第二drs濾波頻響函數(shù)h(f)，通過第二drs濾波頻響函數(shù)h(f)分離隨機(jī)離散信號，得到第二平穩(wěn)調(diào)制信號；將第二平穩(wěn)調(diào)制信號進(jìn)行elliptic濾波，獲取齒輪1倍嚙合階次的1～4倍邊頻，記作fⁱ，其中i＝1,…,8，構(gòu)成向量f；

3)求解監(jiān)測指標(biāo)：結(jié)合所求的向量fmax，fmin，f進(jìn)行差譜計算，然后將每根譜線的差譜值累加求和作為監(jiān)測指標(biāo),記作s。

步驟1)與步驟2)中所述的drs濾波頻響函數(shù)h(f)表達(dá)式如下：

其中，ρ代表信噪比，n代表濾波器長度，w(f)代表窗函數(shù)的譜圖。

步驟3)中的差譜計算準(zhǔn)則如下式所示：

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明實現(xiàn)了反映齒輪運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)的提取，通過振動加速度信號，準(zhǔn)確提取特定齒輪的狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)齒輪的狀態(tài)監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖。

圖2為實施例齒輪箱傳動簡圖。

圖3為正常齒輪箱振動加速度信號時域圖與頻域圖。

圖4為階次分量時域圖與頻域圖。

圖5為drs濾波后的時域圖與頻域圖。

圖6為齒輪全壽命過程該指標(biāo)變化圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，本實施例采用一次車橋疲勞全壽命數(shù)據(jù)。

如圖1所示，一種基于離散隨機(jī)分離算法的齒輪狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)提取方法，包括以下步驟：

1)計算基準(zhǔn)信號一倍嚙合階次的1～4倍邊頻幅值的最大值與最小值：通過振動加速度傳感器采樣n組正常齒輪箱振動加速度信號，其采樣頻率為5120hz，該車橋齒輪箱為兩級傳動，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)與如下：輸入轉(zhuǎn)速fn＝277.5rpm，第一級為直齒輪對嚙合，主動輪齒數(shù)z1＝35，從動輪齒數(shù)z2＝35；第二級為斜齒圓錐齒輪嚙合，主動輪齒數(shù)z3＝6，從動輪齒數(shù)z4＝37；提取第二級嚙合齒輪的主動輪監(jiān)測指標(biāo)，則嚙合階次為6，其1～4倍邊頻分別為2階、3階、4階、5階、7階、8階、9階、10階；

然后對每組信號數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析，分析階次取200，獲取振動加速度信號的階次譜，某一振動加速度信號時域、頻域波形如圖3所示，階次分量波形圖、階次圖如圖4所示；

設(shè)計第一drs濾波頻響函數(shù)h(f)，并通過第一drs濾波頻響函數(shù)h(f)分離隨機(jī)信號，得到第一平穩(wěn)調(diào)制信號；第一平穩(wěn)調(diào)制信號時域圖、頻譜圖如圖5所示；

將第一平穩(wěn)調(diào)制信號進(jìn)行elliptic濾波，獲取齒輪1倍嚙合階次的1～4倍邊頻，記作fⁱ，其中i＝1,…,8，

取組數(shù)n＝6，則將每組數(shù)重復(fù)步驟2～4，得6組數(shù)的1倍嚙合頻率的1～4倍邊頻的幅值，以行為fⁱ，列為數(shù)組，得矩陣a，

計算每根邊頻的最大、最小值，即矩陣a每列的最大值與最小值，作為基準(zhǔn)狀態(tài)的上下閾值得

fmax＝[0.0110.0080.0020.0030.0020.0040.0030.01]，

fmin＝[0.0080.0060.0010.0010.0010.0030.0010.007]；

2)計算待測信號的一倍嚙合階次的1～4倍邊頻幅值：采集一組待測狀態(tài)的振動加速度信號，然后對該組信號數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析，并設(shè)計第二drs濾波頻響函數(shù)h(f)，通過第二drs濾波頻響函數(shù)h(f)分離隨機(jī)離散信號，得到第二平穩(wěn)調(diào)制信號；將第二平穩(wěn)調(diào)制信號進(jìn)行elliptic濾波，獲取齒輪1倍嚙合階次的1～4倍邊頻，記作fⁱ，其中i＝1,…,8，構(gòu)成向量f，得

f＝[0.0050.0050.0060.0030.0040.0020.0020.017]；

3)求解監(jiān)測指標(biāo)：結(jié)合所求的向量fmax，fmin，f進(jìn)行差譜計算，然后將每根譜線的差譜值累加求和s,即

s＝0.003+0.001+0.004+0+0.002+0+0+0.007＝0.017

作為監(jiān)測指標(biāo)。

采用步驟2)方法對齒輪全壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，可得該監(jiān)測指標(biāo)全壽命趨勢圖，如圖6所示。