基于MID算法的组合切片轴承故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MID算法的组合切片轴承故障诊断方法，涉及轴承的测试方法技术领域。包括以下步骤：根据测量的轴承转速，确定轴承的轴频、保持架转频和典型故障理论特征频率值；根据轴承转速波动确定轴承的轴频波动范围和保持架转频的波动范围分别计算轴承的轴频和保持架转频在波动范围内的调制密度切片带；在上述调制密度切片带内，找到频率波动局部最大能量切片，得到对应的实际轴承轴频和实际保持架转频；直接确定典型故障实际特征频率；计算在典型故障实际特征频率下的调制密度单一切片；得到轴承信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型、故障位置。所述该方法计算效率高，对噪声不敏感，在微弱故障特征提取中有较大的优势。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于MID算法的组合切片轴承故障诊断方法，涉及轴承的测试方法
。包括以下步骤：根据测量的轴承转速，确定轴承的轴频、保持架转频和典型故障理论特征频率值；根据轴承转速波动确定轴承的轴频波动范围和保持架转频的波动范围分别计算轴承的轴频和保持架转频在波动范围内的调制密度切片带；在上述调制密度切片带内，找到频率波动局部最大能量切片，得到对应的实际轴承轴频和实际保持架转频；直接确定典型故障实际特征频率；计算在典型故障实际特征频率下的调制密度单一切片；得到轴承信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型、故障位置。所述该方法计算效率高，对噪声不敏感，在微弱故障特征提取中有较大的优势。【专利说明】基于MID算法的组合切片轴承故障诊断方法
本专利技术涉及轴承的测试方法
，尤其涉及一种基于MID算法的组合切片轴 承故障诊断方法。
技术介绍
旋转机械的运动多数为周期性的旋转和往复，因而在振动信号中存在大量的随机 性和周期性成分，其二阶统计特性参量因随时间变换而呈现非平稳特性。轴承、齿轮等复杂 部件发生故障时，其载波（调制源）往往是离散或者随机的，调制的信号常常淹没在强背景 噪声之中，难于分离提取。基于经典Fourier (傅里叶）变换的包络解调分析方法，假设被 分析信号具有线性、平稳性和最小相位性等特征，是对信号做全局性变换。虽然包络解调分 析方法能够在包络谱上突出故障特征，但缺少时频局部细节信息，而且分析过程中预处理 带通滤波需要主观确定，因而对微弱故障和被强背景噪声淹没的振动信号的特征提取往往 是失效的。 接近周期性的机械信号不完全锁相于轴的转速，文献1采用同步平均的方式（李 云，郭瑜，那靖，李宗涛，于宪军，基于包络同步平均的齿轮故障诊断，振动与冲击，2013， 32(19) :17 - 21.)可以补偿速度的波动并消除噪声，但同时削弱了信号中的调制成分。为 了有效解决上述问题，文献 2(R.B.Randall J.Antoni S.Chobsaard，The relationship between spectral correlation and envelop analysis in the diagnostics of bearing faults and other eyelostationary machine signals，Mechanical Systems 811(131811&1?1'〇。688；!_叫，2001，15(5):945-942.)和文献3(1.六1^〇111(1&18，6.61〇88；!_〇七18， Cyclostationary analysis of rolling-element bearing vibration signals， Journal of Sound and Vibration 2001,248(5):829 - 845.)提出了二阶循环平稳信号分析方法并 得到证实，一些能够在（f，α)二维频率面解释故障特征的二阶统计指标相继被提出一循 环谱密度（CSD)和循环谱相干（CC)。 文献4(李力，屈梁生，循环统计量方法在滚动轴承故障诊断中的应用，振动、测试 与诊断，2003, 23 (2) : 116-119.)应用循环平稳分析方法对典型轴承故障诊断取得了令人满 意的效果。文献 5 (Urbanek，Jacek，Antoni，Jerome，Barszcz，Tomasz，Detection of signal component modulations using modulation intensity distribution， Mechanical Systems and Signal Processing，2012,28:399_413·)提出了调制密度分布（MID)，通过 (f，α)双频率平面三维图谱表达在给定选择性因数（Af)的条件下，调制频率α相对于 边带滤波器中心频率f (载波频率）的分布关系。 文献 6 (J. Antoni，Cyclic spectral analysis of rolling-element bearing signals: facts and fictions, Journal of Sound and Vibration，2007, 304 (3 - 5) :497 -529.)和文献 7(J. Urbanek，J. Antoni，T. Barszcz，Detection of signal component modulations using modulation intensity distribution， Mechanical Systems and SignalProcessing 2012, 28 (0) : 399 - 413.)通过遍历所有循环频率和载波频率将循环相 干和MID的结果进行集成得到一ICC和MID。ICC和MID能够很好的提取故障特征，但在 判定故障类型前需要用大量的计算来估计调制密度因子的描述矩阵，不能满足工业生产的 实时性要求。为了有效得解决实时性问题，文献8 (毕果，陈进，组合切片分析在滚动轴承故 障诊断中的研究，机械科学与技术，2009, 28 (2) : 182-186.)和文献9 (A. B. Ming，Z. Y. Qin， ff. Zhang, F. L. Chun, Spectrum auto-correlation analysis and its application to fault diagnosis of rolling element bearings, Mechanical Systems and Signal Processing，2013,41:141-154.)分别研究了组合切片分析方法和SACA方法并成功应用于 轴承故障诊断之中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于MID算法的组合切片轴承故障诊断 方法，所述该方法计算效率高，对噪声不敏感，在微弱故障特征提取中有较大的优势。 为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于MID算法的组合切 片轴承故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤： (1)测量轴承的转速V ; (2)根据测量的轴承转速V，确定轴承的轴频f；、保持架转频fb、外圈故障理论特征 频率值a twai、内圈故障理论特征频率值a tnei和滚动体故障理论特征频率值a tgun ; (3)根据轴承转速波动Λ V确定轴承的轴频波动范围f；+ Λ ^和保持架转频的波动 范围fb+Ab; (4)分别计算轴承的轴频f；和保持架转频fb在波动范围Λ V内的调制密度切片 带MIDf (f, fr)以及MID:'if，fbU (5)在上述调制密度切片带和内，找到频率波动局部最 大能量切片，得到对应的实际轴承轴频和实际保持架转频fab ; (6)通过实际轴承轴频和实际保持架转频fab得到轴承实际转速Va，直接确定 轴承典型外圈故障实际特征频率a awai、内圈故障实际特征频率a aMi和滚动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MID算法的组合切片轴承故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：(1)测量轴承的转速V；(2)根据测量的轴承转速V，确定轴承的轴频fr、保持架转频fb、外圈故障理论特征频率值αtwai、内圈故障理论特征频率值αtnei和滚动体故障理论特征频率值αtgun；(3)根据轴承转速波动ΔV确定轴承的轴频波动范围fr+Δr和保持架转频的波动范围fb+Δb；(4)分别计算轴承的轴频fr和保持架转频fb在波动范围ΔV内的调制密度切片带以及(5)在上述调制密度切片带和内，找到频率波动局部最大能量切片，得到对应的实际轴承轴频far和实际保持架转频fab；(6)通过实际轴承轴频far和实际保持架转频fab得到轴承实际转速Va，直接确定轴承典型外圈故障实际特征频率αawai、内圈故障实际特征频率αanei和滚动体故障实际特征频率αagun；(7)计算在典型故障实际特征频率下的调制密度单一切片MIDΔfPSC(f,αanei)MIDΔfPSC(f,αagun);]]>(8)通过切片分析图谱和理论特征频率的对比，结合典型故障频谱结构特点，得到轴承信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型、故障位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍普，马增强，郭文武，潘存治，纪尊众，封全保，刘永强，赵志宏，马新娜，申永军，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13