汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法技术

本发明专利技术具体涉及一种模拟效果好、故障分析准确的汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法。轴承的振动加速度信号通过EMD方法的分解与重构，可以有效的对汽车变速器轴承信号中的噪声进行抑制，增强与突显信号中的有用成分；经EMD降噪后的信号分别进行Alpha稳定分布与多重分形特征提取并利用核主成分分析进行特征融合充分结合Alpha稳定分布与多重分形各自的优势，提高故障诊断的精度和效率；不同故障程度轴承的试验变速箱在试验台中相关数据作为训练样本建立PSO‑LSSVM模型，被测变速箱的相关数据可以带入到已训练好的PSO‑LSSVM模型中，从而分析得到被测变速箱中出现故障的轴承位置及轴承的故障状态，诊断效率高且正确率高。

Quantitative Diagnosis Method of Various Parts in Automotive Transmission Bearing

The invention specifically relates to a quantitative diagnosis method for each part of automobile transmission bearing with good simulation effect and accurate fault analysis. The vibration acceleration signal of the bearing can effectively suppress the noise in the bearing signal of the automobile transmission through the decomposition and reconstruction of the EMD method, and enhance and highlight the useful components in the signal. The signal after EMD denoising is separately extracted from the Alpha stable distribution and multifractal features, and feature fusion is carried out by using the kernel principal component analysis, which fully combines the Alpha stable distribution and multifractal features. Each advantage improves the accuracy and efficiency of fault diagnosis; the test gearbox of bearings with different fault degrees is used as training samples to establish PSO_LSSVM model, and the data of the tested gearbox can be brought into the trained PSO_LSSVM model, so as to analyze and get the bearing position and fault status of the bearing in the tested gearbox, and diagnose the fault. High efficiency and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法本申请是申请号为：201710678357.9，申请日：2017-08-09，专利名称“一种对汽车变速器轴承故障进行定量诊断的方法”的专利技术专利的分案申请。
本专利技术涉及汽车变速器故障诊断技术，特别涉及汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法。
技术介绍
汽车变速器中使用的滚动轴承种类很多，且数量较多，例如深沟球轴承、圆锥滚子轴承，双圆柱滚子轴承等，变速器中的各种轴承常常在变速、重载及高温的恶劣工况中持续运行，极易出现疲劳损伤。这些损伤若不及时处理，将导致轴承的功能完全失效进而引发一系列的连锁反应，使得整个汽车不能正常工作，轻则造成严重的经济损失，重则可导致灾难性的人员伤亡。目前，由于汽车变速器轴承的损伤性故障如点蚀、裂纹或划痕等未能及时发现而导致的事故屡见不鲜，故对汽车变速器轴承故障进行监测和诊断是十分必要的。现有技术中，汽车变速器轴承故障诊断研究以振动分析为主，常用的故障特征提取方法如统计参数、小波变换、温格尔威利分布等方法具有各自的缺点，若应用于实际工程，时而会导致诊断结果不稳定而产生故障的“误诊、漏诊”现象；其次，现有研究方法大多数未考虑汽车实际行驶过程中的诸多因素，如线路不平顺、负载变化、速度变化等对汽车变速器轴承振动信号的影响，导致汽车变速器轴承的在线监测效果不理想。因此，需要设计一种可以精确模拟汽车实际行驶条件的试验台，并采用合适的分析诊断方法，对测试数据进行分析，以提高轴承故障诊断的精度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种模拟效果好、故障分析准确的对汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法，所述的汽车变速器包括试验变速器和被测变速器，试验变速器和被测变速器可安装在轴承试验台上，所述的轴承试验台包括底座，底座上设置可升降的三坐标式电磁振动装置，电磁振动装置上设置由多个槽钢或矩形钢拼接形成的桁架式夹持工装，夹持工装上相应位置设置的安装螺栓孔的位置、尺寸及垂向刚度与试验变速器的安装螺栓孔相适应，所述试验变速器的结构与被测汽车变速器结构一致，且内部多个设置轴承的位置具有一个或多个故障轴承；所述底座与电磁振动装置之间通过空气弹簧、垂向减振器连接，空气弹簧的进气口、出气口分别与进气控制阀、泄气阀连接，所述的进气控制阀与电动气泵连接，所述空气弹簧的垂向刚度与被测试汽车悬架的垂向刚度一致，所述垂向减振器的阻尼系数与被测试汽车悬架的垂向阻尼系数一致；所述试验变速器的输入轴与扭矩加载装置的输出端连接，扭矩加载装置包括电动机，电动机的输出端依次与扭矩传感器、固定齿比减速器的输入端连接，固定齿比减速器的输出端与试验变速器的输入轴连接；所述电动机的输出端上还设置转速传感器；所述试验变速器的输出轴与惯性负载装置连接，惯性负载装置包括与底座相互独立设置的辅助支座，辅助支座上安装传动齿轮组，传动齿轮组由一对圆柱直齿轮或一对圆锥齿轮构成，传动齿轮组的主动齿轮安装在试验变速器的输出轴上，传动齿轮组的从动齿轮通过中间轴与旋转轮连接，旋转轮通过轴承安装在辅助支座上，辅助支座上还设置与旋转轮尺寸相适应的液压制动卡钳；所述试验变速器内安装的多个轴承的外圈粘贴振动加速度传感器；所述中央处理器分别与液压制动卡钳的液压缸控制阀、转速传感器、扭矩传感器、电动机、试验变速器的换挡控制器、多个振动加速度传感器、进气控制阀、泄气阀、电动气泵、电磁振动装置通信连接；其特征在于：所述的诊断方法包括以下步骤：将试验变速器内一个或多个位置的轴承设置为故障轴承，故障轴承的外圈粘贴振动加速度传感器，然后顺次进行以下步骤：a.所述中央处理器控制电磁振动装置产生特定的振幅和振动频率；同时中央处理器控制电动机、换挡控制器使试验变速器的输出轴输出特定转速；试验变速器的输出轴输出特定转速的同时，中央处理器控制制动卡钳对旋转轮施加制动力矩，使试验变速器的输出轴受到特定的负载扭矩；振动加速度传感器采集故障轴承的振动加速度信号样本；将采集到的样本作为训练样本，对训练样本中的振动加速度信号x(t)进行EMD自适应分解，分解方法如下：上式中n为分解出的IMF分量的个数；Cj代表第j个IMF分量，j＝1，2，3...，n；rn为残余分量；b.经过步骤a分解得到n个Cj分量后，分别计算每个Cj(j＝1，2，3...，n)的峭度值，选取峭度值最大和峭度值次大的两个Cj进行线性叠加，得到经过EMD降噪后特征突显的加速度信号，然后将获取的特征突显的加速度信号按照时间长度平均分为m段，将不同时长段的信号记为S1-Sm；c.对步骤b中的S1-Sm各段分别进行Alpha稳定分布参数估计并计算其概率密度函数，提取特征指数α(0＜α≤2)、对称参数β(-1≤β≤1)、分散系数γ(γ＞0)、位置参数δ(-∞≤δ≤∞)及概率密度函数的极值h(h＞0)共5个Alpha稳定分布特征；d.对步骤b中的S1-Sm各段分别进行多重分形去趋势波动分析，提取出S1-Sm各自的5个多重分形特征：最大波动的奇异指数αmax，最小波动的奇异指数αmin，多重分形谱谱宽Δα＝αmax-αmin，多重分形谱极值点对应的奇异指数α0(fmax＝f(α0)，α0∈[αmin，αmax])，多重分形谱概率子集分形维数差Δf＝f(αmax)-f(αmin)；e.根据步骤c、步骤d计算得到的S1-Sm各自的5个Alpha稳定分布特征、5个多重分形特征进行串行组合，得到S1-Sm各自的组合特征集(α，β，γ，δ，h，α0，αmin，αmax，Δα，Δf)；f.以径向基为核函数，利用核主成分分析法(KPCA)对步骤e中的组合特征集进行降维融合，根据方差累积贡献率大于或等于95％选取核主元，得到新的主元融合特征集；g.以步骤f中获得的主元融合特征集为输入样本，利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机的两个核心参数(正规化参数λ及内核参数σ)进行优化，以获取的最优参数建立PSO-LSSVM模型；h.将试验变速器更换为待测变速器，将待测变速器内需要测试的一个或多个待测轴承的外圈粘贴振动加速度传感器，然后重复步骤a至步骤f，将步骤f中一个或多个振动加速度传感器采集到的待测轴承的S1-Sm各自的主元融合特征集带入到已经训练好的PSO-LSSVM模型中进行状态分类；诊断结束。本专利技术的有益效果在于：轴承的振动加速度信号通过EMD方法的分解与重构，可以有效的对汽车变速器轴承信号中的噪声进行抑制，增强与突显信号中的有用成分；经EMD降噪后的信号分别进行Alpha稳定分布与多重分形特征提取并利用核主成分分析进行特征融合，能够充分结合Alpha稳定分布与多重分形各自的优势，使特征的有效性最大化，提高故障诊断的精度和效率，带有各种不同故障类型、不同故障程度轴承的试验变速箱在试验台中采集的相关数据建立基础PSO-LSSVM模型，被测变速箱在试验台中采集相关数据带入到已建好的PSO-LSSVM模型中，从而分析得到被测变速箱中出现故障的轴承位置，以及轴承的故障程度，诊断效率高且正确率高。附图说明图1为轴承试验台结构原理图；图2为轴承试验台控制电路原理图；图3为对振动加速度信号进行EMD降噪流程图；图4为对经过EMD降噪后特征突显的加速度信号进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法，所述的汽车变速器包括试验变速器(4)和被测变速器，试验变速器(4)和被测变速器可安装在轴承试验台上，轴承试验台包括底座(1)，底座(1)上设置可升降的三坐标式电磁振动装置(2)，电磁振动装置(2)上设置由多个槽钢或矩形钢拼接形成的桁架式夹持工装(3)，夹持工装(3)上相应位置设置的安装螺栓孔的位置、尺寸及垂向刚度与试验变速器(4)的安装螺栓孔相适应，所述试验变速器(4)的结构与被测汽车变速器结构一致，且内部多个设置轴承的位置具有一个或多个故障轴承；所述底座(1)与电磁振动装置(2)之间通过空气弹簧(11)、垂向减振器(12)连接，空气弹簧(11)的进气口、出气口分别与进气控制阀(13)、泄气阀(14)连接，所述的进气控制阀(13)与电动气泵(15)连接，所述空气弹簧(11)的垂向刚度与被测试汽车悬架的垂向刚度一致，所述垂向减振器(12)的阻尼系数与被测试汽车悬架的垂向阻尼系数一致；所述试验变速器(4)的输入轴与扭矩加载装置的输出端连接，扭矩加载装置包括电动机(71)，电动机(71)的输出端依次与扭矩传感器(72)、固定齿比减速器(73)的输入端连接，固定齿比减速器(73)的输出端与试验变速器(4)的输入轴连接；所述电动机(71)的输出端上还设置转速传感器(74)；所述试验变速器(4)的输出轴与惯性负载装置连接，惯性负载装置包括与底座(1)相互独立设置的辅助支座(81)，辅助支座(81)上安装传动齿轮组(82)，传动齿轮组(82)由一对圆柱直齿轮或一对圆锥齿轮构成，传动齿轮组(82)的主动齿轮安装在试验变速器(4)的输出轴上，传动齿轮组(82)的从动齿轮通过中间轴与旋转轮(83)连接，旋转轮(83)通过轴承安装在辅助支座(81)上，辅助支座(81)上还设置与旋转轮(83)尺寸相适应的液压制动卡钳(84)，所述试验变速器(4)内安装一个或多个具有故障的故障轴承的外圈粘贴振动加速度传感器(41)；中央处理器(5)分别与液压制动卡钳(84)的液压缸控制阀、转速传感器(74)、扭矩传感器(72)、电动机(71)、试验变速器(4)的换挡控制器(42)、多个振动加速度传感器(41)、进气控制阀(13)、泄气阀(14)、电动气泵(15)、电磁振动装置(2)通信连接；其特征在于：所述的诊断方法包括以下步骤：将试验变速器(4)内一个或多个位置的轴承设置为故障轴承，故障轴承的外圈粘贴振动加速度传感器(41)，所述的故障轴承设置不同的故障位置，故障位置分别是外圈、内圈、滚子、保持架；然后顺次进行以下步骤：a.中央处理器(5)控制电磁振动装置(2)产生特定的振幅和振动频率；同时中央处理器(5)控制电动机(71)、换挡控制器(42)使试验变速器(4)的输出轴输出特定转速；试验变速器(4)的输出轴输出特定转速的同时，中央处理器(5)控制制动卡钳(84)对旋转轮(83)施加制动力矩，使试验变速器(4)的输出轴受到特定的负载扭矩；振动加速度传感器(41)采集故障轴承的振动加速度信号样本；将采集到的样本作为训练样本，对训练样本中的振动加速度信号x(t)进行EMD自适应分解，分解方法如下：...

【技术特征摘要】
1.汽车变速器轴承中各零件定量诊断方法，所述的汽车变速器包括试验变速器(4)和被测变速器，试验变速器(4)和被测变速器可安装在轴承试验台上，轴承试验台包括底座(1)，底座(1)上设置可升降的三坐标式电磁振动装置(2)，电磁振动装置(2)上设置由多个槽钢或矩形钢拼接形成的桁架式夹持工装(3)，夹持工装(3)上相应位置设置的安装螺栓孔的位置、尺寸及垂向刚度与试验变速器(4)的安装螺栓孔相适应，所述试验变速器(4)的结构与被测汽车变速器结构一致，且内部多个设置轴承的位置具有一个或多个故障轴承；所述底座(1)与电磁振动装置(2)之间通过空气弹簧(11)、垂向减振器(12)连接，空气弹簧(11)的进气口、出气口分别与进气控制阀(13)、泄气阀(14)连接，所述的进气控制阀(13)与电动气泵(15)连接，所述空气弹簧(11)的垂向刚度与被测试汽车悬架的垂向刚度一致，所述垂向减振器(12)的阻尼系数与被测试汽车悬架的垂向阻尼系数一致；所述试验变速器(4)的输入轴与扭矩加载装置的输出端连接，扭矩加载装置包括电动机(71)，电动机(71)的输出端依次与扭矩传感器(72)、固定齿比减速器(73)的输入端连接，固定齿比减速器(73)的输出端与试验变速器(4)的输入轴连接；所述电动机(71)的输出端上还设置转速传感器(74)；所述试验变速器(4)的输出轴与惯性负载装置连接，惯性负载装置包括与底座(1)相互独立设置的辅助支座(81)，辅助支座(81)上安装传动齿轮组(82)，传动齿轮组(82)由一对圆柱直齿轮或一对圆锥齿轮构成，传动齿轮组(82)的主动齿轮安装在试验变速器(4)的输出轴上，传动齿轮组(82)的从动齿轮通过中间轴与旋转轮(83)连接，旋转轮(83)通过轴承安装在辅助支座(81)上，辅助支座(81)上还设置与旋转轮(83)尺寸相适应的液压制动卡钳(84)，所述试验变速器(4)内安装一个或多个具有故障的故障轴承的外圈粘贴振动加速度传感器(41)；中央处理器(5)分别与液压制动卡钳(84)的液压缸控制阀、转速传感器(74)、扭矩传感器(72)、电动机(71)、试验变速器(4)的换挡控制器(42)、多个振动加速度传感器(41)、进气控制阀(13)、泄气阀(14)、电动气泵(15)、电磁振动装置(2)通信连接；其特征在于：所述的诊断方法包括以下步骤：将试验变速器(4)内一个或多个位置的轴承设置为故障轴承，故障轴承的外圈粘贴振动加速度传感器(41)，所述的故障轴承设置不同的故障位置，故障位置分别是外圈、内圈、滚子、保持架；然后顺次进行以下步骤：a.中央处理器(5)控制电磁振动装置(2)产生特定的振幅和振动频率；同时中央处理器(5)控制电动机(71)、换挡控制器(42)使试验变速器(4)的输出轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊庆，陈子龙，彭忆强，孙树磊，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51