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专利号: 2019102279318
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1、设置所述轴承的滚动体初始相位,提取并分离所述滚动体经过承载中心时对应的LAIT信号段;

S2、对所述步骤S1中分离的每个LAIT信号段进行带通滤波和包络解调;

S3、将所述步骤S2中的LAIT信号段通过自相关对齐相位;

S4、将所述步骤S3中相位对齐后的LAIT信号段进行总体平均,并对总体平均信号做线性趋势项剔除和规则化处理,生成增强的特征信号LAIT-AEA,然后通过所述增强的特征信号LAIT-AEA判断所述轴承是否存在滚动体故障。

2.如权利要求1所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S1中提取并分离的LAIT信号长度为所述滚动体的三个自转周期。

3.如权利要求2所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S1中提取并分离所述滚动体经过承载中心时对应的LAIT信号段具体实现方法如下:S101、设定所述滚动体随着保持架绕转轴中心进行公转的保持架频率为fc,所述滚动体绕自身中心进行自转的频率为fBS,则可得所述滚动体在一个自转周期内绕转轴中心转过的角度θs为:θs=2πfc·TBS   (1)

式(1)中,TBS=1/fBS为滚动体自转周期,则所述滚动体对应的故障周期为TB=TBS/2,故障频率为fB=1/TB;

S102、设定在一个自转周期TBS之后,第一个通过承载中心的滚动体为一号滚动体,记为RE1,将后续依次通过承载中心的滚动体分别定义为RE2,RE3,…,REZ,其中Z为滚动体个数,一号滚动体RE1的初始相位 必然满足条件 则所述滚动体REi第j个自转周期所对应的累积相位 为:

式(2)中, 为所述滚动体RE1第j个自转周期的相位,δ=2π/Z为连续两个滚动体之间的中心角;

S103、根据滚动体REi的运动原理,可知LAIT信号段的相位必须满足条件:式(3)中, 表示 除以2π的余数,则由式(2)和式(3)可得到所述滚动体REi的LAIT信号段;

S104、根据所述步骤S102中的累积相位序列 得到与所述累积相位序列 对应的时间序列ti,j为:则所述LAIT信号段分离的时间条件为:

TR-TBS<mod(ti,j+TBS,TR)≤TR   (5)式(5)中,TR=1/fc为保持架的旋转周期;

S105、设定所述滚动轴承REi的振动信号V=[ν1,ν2,…,νN],其长度为N、采样频率为fs,则所述滚动体REi的每个自转周期的时间相位可以构成序列Ti为:式(6)中, 是实数,ti,1=t1-(i-1)δ/(2πfc), 是RE1的初始相位角,为自转周期个数, 表示对NfBS/fs往下取整,则通过式(6)可找出满足式(5)的时间序列,所述时间序列对应的索引即为LAIT信号段的索引Di,可表示为:式(7)中, 是自然数,di,k是REi的第k个LAIT信号段的索引, 为LAIT信号段的个数,则分离出的所述滚动体REi的第k个LAIT信号段,可表示为:Mi,k=[ν(di,k),ν(di,k+1),ν(di,k+2),….ν(di,k+(L2-1))]   (8)式(8)中,L2=[3TBSfs]为LAIT信号段的取整长度。

4.如权利要求3所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,将所述步骤S2中分离的每个LAIT信号段进行带通滤波,得到滤波后的LAIT信号段,记为M′i,k,然后使用希尔伯特变换对M′i,k包络解调,得到包络信号Ei.k。

5.如权利要求4所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述带通滤波为一个以固有频率为中心、两边有若干故障频率边带的共振频带或具有大幅值能量集中的频带。

6.如权利要求5所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S3的具体实现方法为:S301、将LAIT信号段中的损伤冲击成分表示为 其中 为冲击的初始相位,t为时间,则损伤冲击的自相关函数可以表示为:

式(9)中,τ为时延,A表示LAIT信号段的故障冲击幅值,ω表示故障周期TB对应的角速度,则式(9)可以表示为:式(10)中,θ表示相位,

S302、根据所述步骤S301中的自相关函数,得到所述LAIT信号段包络信号Ei.k的自相关函数,可表示为:Ri,k(τ)=[ri,k(τ1),ri,k(τ2),ri,k(τ3),…,ri,k(τL2)]   (11)式(11)中,ri,k为自相关函数的分量。

7.如权利要求6所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述步骤S4的具体实现方法为:S401、对所述步骤S3中通过自相关对齐相位的LAIT信号段进行总体平均,得到所述滚动体REi的自相关函数的总体平均Ai,即所述滚动体REi的总体平均特征信号,表示为:式(12)中,τj为LAIT信号段的时延,K为LAIT信号段的个数;

S402、对所述步骤S401中每一个所述滚动体REi的总体平均特征信号进行线性趋势项剔除和规则化处理,得到增强的特征信号LAIT-AEA;

S403、通过所述增强的特征信号LAIT-AEA判断所述轴承是否存在滚动体故障。

8.如权利要求7所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述滚动体REi总体平均特征信号的线性趋势项剔除公式为:式(13)中, 是对Ai的最小二乘线性拟合。

9.如权利要求8所述的基于故障冲击提取与自相关总体平均的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述滚动体REi总体平均特征信号的规则化处理公式为: