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。振動信號是齒輪箱故障特征的載體，對齒輪箱的振動信號進行分析，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)場測得的故障齒輪箱的振動信號是強 背景噪聲下的多分量非平穩(wěn)信號。去趨勢波動分析法作為一種標度分析工具，能夠很好地 處理多分量非平穩(wěn)信號，但是在齒輪箱故障診斷模式分析中，噪聲的存在使得雙對數(shù)曲線 發(fā)生了轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，而且噪聲越強，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去趨勢波動分析結(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)分不準確的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實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)分不準確的問題。
[0006] 本發(fā)明實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信號；
[0008] 對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列；
[0009] 采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列；
[0010] 采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處理，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，確定所述振動信號序列的頻譜圖；
[0014] 由所述頻譜圖，獲得所述振動信號序列的高頻邊界值；
[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)為所述降噪信號序列J 為所述降噪信號序列的全局均值；
[0024] 將所述累積離差序列以等時間尺度劃分出不重疊的區(qū)間序列；
[0025] 采用最小二乘法對所述區(qū)間序列進行多項式擬合，確定區(qū)間局部趨勢；
[0026] 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)：
[0028] 其中，1為所述時間尺度，yi(t)為所述區(qū)間局部趨勢；
[0029] 根據(jù)下式確定所述波動函數(shù)和所述時間尺度之間的冪率關(guān)系式：
[0030] F(l)=k · Γ
[0031] 其中，α為所述降噪信號序列的標度指數(shù)，k為計算系數(shù)。
[0032] 優(yōu)選地，所述豪斯道夫分形維數(shù)與所述標度指數(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)明實施例中，采用Vondark濾波器對齒輪箱含噪振動信號序列進行低通濾波， 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，并準確地區(qū)分齒輪箱相近故障模式。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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)明實施例中的正常齒輪箱振動信號；
[0039]圖3是本發(fā)明實施例中的輕度磨損齒輪箱振動信號；
[0040]圖4是本發(fā)明實施例中的中度磨損齒輪箱振動信號；
[0041]圖5是本發(fā)明實施例中的斷齒齒輪箱振動信號；
[0042]圖6是本發(fā)明實施例中的正常齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0043]圖7是本發(fā)明實施例中的輕度磨損齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0044]圖8是本發(fā)明實施例中的中度磨損齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0045]圖9是本發(fā)明實施例中的斷齒齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0046]圖10是本發(fā)明實施例中的雙標度指數(shù)對齒輪箱故障信號的分類效果圖。
【具體實施方式】
[0047] 本發(fā)明實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 動信號;對所述振動信號進行采樣，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)分不準確的問題。
[0048] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0049] 圖1示例性的示出了本發(fā)明實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信號；
[0052]需要說明地是，利用加速度傳感器獲得含噪振動信號后，所述振動信號包含噪聲 信號和故障信號。
[0053]步驟S12,對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列；
[0054]需要說明地是，采用周期性采樣脈沖對振動信號進行采樣，根據(jù)下式確定振動信 號序列：
[0055] b(t) =a(t) · g(t)
[0056] 其中，a(t)為振動信號，g(t)為周期性采樣脈沖。
[0057] 步驟S13,采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列； [0058]優(yōu)選地，根據(jù)傅立葉變換，確定所述振動信號的頻譜圖；
[0059]由所述頻譜圖，獲得所述振動信號的高頻邊界值；
[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,采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處理，得到所述降噪信 號序列的波動函數(shù)與時間尺度的冪率關(guān)系式；
[0066] 優(yōu)選地，根據(jù)下式確定所述降噪信號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)為所述降噪信號序列J 為所述降噪信號序列的全局均值；
[0069] 將所述累積離差序列以等時間尺度劃分出不重疊的區(qū)間序列；
[0070] 采用最小二乘法對所述區(qū)間序列進行多項式擬合，確定區(qū)間局部趨勢；
[0071] 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)：
[0073] 其中，1為所述時間尺度，yi(t)為所述區(qū)間局部趨勢；
[0074] 根據(jù)下式確定所述波動函數(shù)和所述時間尺度之間的冪率關(guān)系式：
[0075] F(l)=k · 1°
[0076] 其中，α為所述降噪信號序列的