標(biāo)度指數(shù)，k為計算系數(shù)。
[0077]需要說明地是，分別對所述波動函數(shù)和所述時間尺度求對數(shù)，得到一個雙對數(shù)坐 標(biāo)圖，用最小二乘法擬合數(shù)據(jù)，其直線部分的斜率即為降噪信號序列的標(biāo)度指數(shù)α，它是降 噪信號序列的"粗糙程度"的一種表現(xiàn)，標(biāo)度指數(shù)α的特性：
[0078] 1 )α在0和0.5之間時，表明此降噪信號具有反關(guān)聯(lián)特性；
[0079] 2)α在0.5和1之間時，表明此降噪信號具有長程關(guān)聯(lián)特性；
[0080] 3)α等于〇. 5時，表明此降噪信號是白噪聲；
[0081] 4)α等于1時，表明此降噪信號是Ι/f噪聲；
[0082] 5)α大于1時，表明此降噪信號的冪率關(guān)系逐漸停止。
[0083] 步驟S15,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；
[0084] 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：
[0085] D = 2-a
[0086] 其中，D為豪斯道夫分形維數(shù)。
[0087] 需要說明地是，通過步驟S14對標(biāo)度指數(shù)a特性分析，標(biāo)度指數(shù)實際上反映了時間 序列在特定時間尺度范圍內(nèi)的自相似性或標(biāo)度不變性，因此與豪斯道夫分形維數(shù)存在著直 接的聯(lián)系，去趨勢波動分析法可以有效地計算非平穩(wěn)時間序列的標(biāo)度指數(shù)，而標(biāo)度指數(shù)可 以反映時間序列在某個時間尺度上的分形特性，因而由去趨勢波動分析法得到的多個標(biāo)度 指數(shù)構(gòu)成的參數(shù)矢量可以作為區(qū)分時間序列不同故障狀態(tài)的特征參數(shù)。
[0088] 優(yōu)選地，以一個變速箱為實施例，在該變速箱上模擬輕度磨損、中度磨損、斷齒和 正常狀態(tài)四種齒輪箱故障狀態(tài)，上述四種齒輪箱振動信號如圖2到圖5所示，圖2是本發(fā)明的 正常齒輪箱振動信號，圖3是本發(fā)明的輕度磨損齒輪箱振動信號；圖4是本發(fā)明的中度磨損 齒輪箱振動信號；圖5是本發(fā)明的斷齒齒輪箱振動信號，從圖2到圖5可以看出，正常狀態(tài)和 斷齒故障振動信號較容易區(qū)分，而輕度磨損和中度磨損振動信號由于故障模式相近而難以 區(qū)分；
[0089] 進(jìn)一步，通過Vondark濾波器濾波后，采用去趨勢波動分析法對四種齒輪箱振動信 號序列進(jìn)行處理，得到的四種齒輪箱故障狀態(tài)的標(biāo)度律曲線圖如圖6到圖9所示，圖6是本發(fā) 明的正常齒輪箱振動信號的標(biāo)度律曲線圖，圖7是本發(fā)明的輕度磨損齒輪箱振動信號的標(biāo) 度律曲線圖，圖8是本發(fā)明的中度磨損齒輪箱振動信號的標(biāo)度律曲線圖，圖9是本發(fā)明的斷 齒齒輪箱振動信號的標(biāo)度律曲線圖，從圖6到圖9可以看出，齒輪箱振動信號序列存在明顯 的長程相關(guān)性，可以看出標(biāo)度律曲線的第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)著電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，而標(biāo)度律曲線 的第一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)則反映了系統(tǒng)的動力學(xué)特性，在每種故障狀態(tài)下再另取五組數(shù)據(jù)計算它們 的標(biāo)度指數(shù)，計算結(jié)果如表1所示，其均值和均方差如表2所示；
[0090] 表1四種齒輪箱振動信號標(biāo)度指數(shù)的計算結(jié)果
[0091]
[0092] 表2四種齒輪箱振動信號標(biāo)度指數(shù)的均值和均方差
[0094]從表1和表2可以看出，四種齒輪箱振動信號序列的兩個標(biāo)度指數(shù)的均方差都比較 小，這說明這兩個參數(shù)是兩個穩(wěn)定的特征參數(shù)，能夠準(zhǔn)確地刻畫時間序列內(nèi)部的動力學(xué)行 為，確實可以作為表征齒輪箱故障狀態(tài)的特征參數(shù)，采用特征參數(shù)對四種齒輪箱故障信號 進(jìn)行分類，圖10是本發(fā)明的雙標(biāo)度指數(shù)對齒輪箱故障信號的分類效果圖，從圖10可以看出， 以^和句作為二維特征參數(shù)矢量，準(zhǔn)確地將四種故障狀態(tài)進(jìn)行了分類。
[0095] 本發(fā)明實施例中，采用Vondark濾波器對齒輪箱含噪振動信號序列進(jìn)行低通濾波， 能夠消除在去趨勢波動分析過程中由于噪聲所引起的轉(zhuǎn)折想象，消除噪聲對去趨勢波動分 析結(jié)果的影響，并準(zhǔn)確地區(qū)分齒輪箱相近故障模式。
[0096] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī) 可用存儲介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等）上實施的計算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0097] 本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機(jī)程序 指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn) 生一個機(jī)器，使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實 現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0098] 這些計算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特 定方式工作的計算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或 多個方框中指定的功能。
[0099] 這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計 算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實現(xiàn)的處理，從而在計算機(jī)或 其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一 個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0100]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0101]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種齒輪箱故障診斷方法，其特征在于，包括： 利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號； 對所述振動信號進(jìn)行采樣，得到振動信號序列； 采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進(jìn)行處理，得到降噪信號序列； 采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進(jìn)行處理，得到所述降噪信號序列的波動 函數(shù)與時間尺度的幕率關(guān)系式； 根據(jù)豪斯道夫分形維數(shù)與所述幕率關(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。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述降噪信號序列，根據(jù)W下步驟確定： 根據(jù)傅立葉變換，確定所述振動信號序列的頻譜圖； 由所述頻譜圖，獲得所述振動信號序列的高頻邊界值； 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； 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)，確定所述降噪信號序列。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述Vondark濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，根據(jù)下 式確定：其中，e為所述平滑因子，f為諧振頻率，31為常數(shù)。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述幕率關(guān)系式，根據(jù)W下步驟確定： 根據(jù)下式確定所述降噪信號序列的累積離差序列：其中，N為常數(shù)，變量t = l，2,3-N，變量1 = 1，2,3-*，義(1)為所述降噪信號序列，；為所 述降噪信號序列的全局均值； 將所述累積離差序列W等時間尺度劃分出不重疊的區(qū)間序列； 采用最小二乘法對所述區(qū)間序列進(jìn)行多項式擬合，確定區(qū)間局部趨勢； 從所述累積離差序列中去除所述區(qū)間局部趨勢，并根據(jù)下式確定所述降噪信號序列的 波動函數(shù)：其中，1為所述時間尺度，yi (t)為所述區(qū)間局部趨勢； 根據(jù)下式確定所述波動函數(shù)和所述時間尺度之間的幕率關(guān)系式： F(l)=k . 1。 其中，a為所述降噪信號序列的標(biāo)度指數(shù)，k為計算系數(shù)。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述豪斯道夫分形維數(shù)與所述標(biāo)度指數(shù)之 間，存在W下關(guān)系式： D = 2-口
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種齒輪箱故障診斷方法，涉及齒輪箱故障診斷領(lǐng)域，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)確的問題。該方法包括：利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號；利用采樣脈沖對振動信號進(jìn)行采樣，得到振動信號序列；采用Vondark濾波器對振動信號序列進(jìn)行處理，得到降噪信號序列；采用去趨勢波動分析法對降噪信號序列進(jìn)行處理，得到降噪信號序列與時間尺度的冪率關(guān)系式；根據(jù)豪斯道夫分形維數(shù)與冪率關(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。
【IPC分類】G01M13/02
【公開號】CN105588717
【申請?zhí)枴緾N201510937825
【發(fā)明人】竇春紅
【申請人】濰坊學(xué)院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月10日