一種齒輪箱故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及齒輪箱故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種齒輪箱故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪箱作為連接和傳遞動(dòng)力的通用部件，在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用， 齒輪故障是導(dǎo)致機(jī)器故障的重要因素，因此，齒輪箱的故障診斷技術(shù)一直都是人們研究的 重要課題。振動(dòng)信號(hào)是齒輪箱故障特征的載體，對(duì)齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，提取故障特 征，根據(jù)故障特征判斷齒輪箱的故障，這是齒輪箱故障診斷的常用方法。
[0003] 齒輪箱通常工作在多振源的工作環(huán)境中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的故障齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)是強(qiáng) 背景噪聲下的多分量非平穩(wěn)信號(hào)。去趨勢(shì)波動(dòng)分析法作為一種標(biāo)度分析工具，能夠很好地 處理多分量非平穩(wěn)信號(hào)，但是在齒輪箱故障診斷模式分析中，噪聲的存在使得雙對(duì)數(shù)曲線 發(fā)生了轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，而且噪聲越強(qiáng)，發(fā)生轉(zhuǎn)折現(xiàn)象的的尺度越大，因此，必須選擇一種合適的 方法減輕或消除噪聲對(duì)去趨勢(shì)波動(dòng)分析結(jié)果的影響。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，存在齒輪箱相近故障模式區(qū)分不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在齒輪箱相 近故障模式區(qū)分不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，包括：
[0007] 利用傳感器獲取齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)；
[0008] 對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，得到振動(dòng)信號(hào)序列；
[0009] 采用Vondark濾波器對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)序列進(jìn)行處理，得到降噪信號(hào)序列；
[0010] 采用去趨勢(shì)波動(dòng)分析法對(duì)所述降噪信號(hào)序列進(jìn)行處理，得到所述降噪信號(hào)序列的 波動(dòng)函數(shù)與時(shí)間尺度的冪率關(guān)系式；
[0011]根據(jù)豪斯道夫分形維數(shù)與所述冪率關(guān)系式中的標(biāo)度指數(shù)之間的關(guān)系，提取故障特 征，得到齒輪箱故障診斷結(jié)果。
[0012] 優(yōu)選地，所述降噪信號(hào)序列，根據(jù)以下步驟確定：
[0013] 根據(jù)傅立葉變換，確定所述振動(dòng)信號(hào)序列的頻譜圖；
[0014] 由所述頻譜圖，獲得所述振動(dòng)信號(hào)序列的高頻邊界值；
[0015] 根據(jù)所述高頻邊界值和所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，確定平滑因子；
[0016] 根據(jù)所述平滑因子和所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，確定所述降噪信號(hào)序 列。
[0017] 優(yōu)選地，所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)下式確定：
[0019]其中，ε為所述平滑因子，f為諧振頻率，31為常數(shù)。
[0020]優(yōu)選地，所述冪率關(guān)系式，根據(jù)以下步驟確定：
[0021 ]根據(jù)下式確定所述降噪信號(hào)序列的累積離差序列：
[0023] 其中，N為常數(shù)，變量t=l，2,3…N，變量i = l，2,3…t，x(i)為所述降噪信號(hào)序列J 為所述降噪信號(hào)序列的全局均值；
[0024] 將所述累積離差序列以等時(shí)間尺度劃分出不重疊的區(qū)間序列；
[0025] 采用最小二乘法對(duì)所述區(qū)間序列進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，確定區(qū)間局部趨勢(shì)；
[0026] 從所述累積離差序列中去除所述區(qū)間局部趨勢(shì)，并根據(jù)下式確定所述降噪信號(hào)序 列的波動(dòng)函數(shù)：
[0028] 其中，1為所述時(shí)間尺度，yi(t)為所述區(qū)間局部趨勢(shì)；
[0029] 根據(jù)下式確定所述波動(dòng)函數(shù)和所述時(shí)間尺度之間的冪率關(guān)系式：
[0030] F(l)=k · Γ
[0031] 其中，α為所述降噪信號(hào)序列的標(biāo)度指數(shù)，k為計(jì)算系數(shù)。
[0032] 優(yōu)選地，所述豪斯道夫分形維數(shù)與所述標(biāo)度指數(shù)之間，存在以下關(guān)系式：
[0033] D = 2~a
[0034] 其中，D為豪斯道夫分形維數(shù)。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例中，采用Vondark濾波器對(duì)齒輪箱含噪振動(dòng)信號(hào)序列進(jìn)行低通濾波， 能夠消除在去趨勢(shì)波動(dòng)分析過(guò)程中由于噪聲所引起的轉(zhuǎn)折想象，消除噪聲對(duì)去趨勢(shì)波動(dòng)分 析結(jié)果的影響，并準(zhǔn)確地區(qū)分齒輪箱相近故障模式。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的齒輪箱故障診斷方法的流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的正常齒輪箱振動(dòng)信號(hào)；
[0039]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的輕度磨損齒輪箱振動(dòng)信號(hào)；
[0040]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的中度磨損齒輪箱振動(dòng)信號(hào)；
[0041]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的斷齒齒輪箱振動(dòng)信號(hào)；
[0042]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中的正常齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的標(biāo)度律曲線圖；
[0043]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中的輕度磨損齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的標(biāo)度律曲線圖；
[0044]圖8是本發(fā)明實(shí)施例中的中度磨損齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的標(biāo)度律曲線圖；
[0045]圖9是本發(fā)明實(shí)施例中的斷齒齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的標(biāo)度律曲線圖；
[0046]圖10是本發(fā)明實(shí)施例中的雙標(biāo)度指數(shù)對(duì)齒輪箱故障信號(hào)的分類效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，包括:利用傳感器獲取齒輪箱的振 動(dòng)信號(hào);對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，得到振動(dòng)信號(hào)序列;采用Vondark濾波器對(duì)所述振動(dòng)信 號(hào)序列進(jìn)行處理，得到降噪信號(hào)序列;采用去趨勢(shì)波動(dòng)分析法對(duì)所述降噪信號(hào)序列進(jìn)行處 理，得到所述降噪信號(hào)序列的波動(dòng)函數(shù)與時(shí)間尺度的冪率關(guān)系式;根據(jù)豪斯道夫分形維數(shù) 與所述冪率關(guān)系式中的標(biāo)度指數(shù)之間的關(guān)系，提取故障特征，得到齒輪箱故障診斷結(jié)果。從 而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在齒輪箱相近故障模式區(qū)分不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0048] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049] 圖1示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例的一種齒輪箱故障診斷方法流程示意圖，該方 法至少可以應(yīng)用于齒輪箱故障診斷。
[0050] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種齒輪箱故障診斷方法包括以下步驟：
[0051 ]步驟S11，利用傳感器獲取齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)；
[0052]需要說(shuō)明地是，利用加速度傳感器獲得含噪振動(dòng)信號(hào)后，所述振動(dòng)信號(hào)包含噪聲 信號(hào)和故障信號(hào)。
[0053]步驟S12,對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，得到振動(dòng)信號(hào)序列；
[0054]需要說(shuō)明地是，采用周期性采樣脈沖對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)下式確定振動(dòng)信 號(hào)序列：
[0055] b(t) =a(t) · g(t)
[0056] 其中，a(t)為振動(dòng)信號(hào)，g(t)為周期性采樣脈沖。
[0057] 步驟S13,采用Vondark濾波器對(duì)所述振動(dòng)信號(hào)序列進(jìn)行處理，得到降噪信號(hào)序列； [0058]優(yōu)選地，根據(jù)傅立葉變換，確定所述振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖；
[0059]由所述頻譜圖，獲得所述振動(dòng)信號(hào)的高頻邊界值；
[0000]根據(jù)所述高頻邊界值和所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，確定平滑因子；
[0061]根據(jù)已知平滑因子的Vondark濾波器頻率響應(yīng)函數(shù)，確定所述降噪信號(hào)序列；
[0062 ] 優(yōu)選地，所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)下式確定：
[0064]其中，ε為所述平滑因子，f為諧振頻率，π為常數(shù)。
[0065] 步驟S14,采用去趨勢(shì)波動(dòng)分析法對(duì)所述降噪信號(hào)序列進(jìn)行處理，得到所述降噪信 號(hào)序列的波動(dòng)函數(shù)與時(shí)間尺度的冪率關(guān)系式；
[0066] 優(yōu)選地，根據(jù)下式確定所述降噪信號(hào)序列的累積離差序列：
[0068]其中，N為常數(shù)，變量t = l，2,3…N，變量i=l，2,3…t，x(i)為所述降噪信號(hào)序列J 為所述降噪信號(hào)序列的全局均值；
[0069] 將所述累積離差序列以等時(shí)間尺度劃分出不重疊的區(qū)間序列；
[0070] 采用最小二乘法對(duì)所述區(qū)間序列進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，確定區(qū)間局部趨勢(shì)；
[0071] 從所述累積離差序列中去除所述區(qū)間局部趨勢(shì)，并根據(jù)下式確定所述降噪信號(hào)序 列的波動(dòng)函數(shù)：
[0073] 其中，1為所述時(shí)間尺度，yi(t)為所述區(qū)間局部趨勢(shì)；
[0074] 根據(jù)下式確定所述波動(dòng)函數(shù)和所述時(shí)間尺度之間的冪率關(guān)系式：
[0075] F(l)=k · 1°
[0076] 其中，α為所述降噪信號(hào)序列的