一种滚动轴承故障迁移轨迹可视化的方法技术

本发明专利技术涉及一种滚动轴承故障迁移轨迹可视化的方法，其步骤：获取滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号和滚动体时序振动信号；对滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号、滚动体时序振动信号进行特征量提取，分别得到变异系数、偏度和峭度指标；获取不同时刻的状态矩阵；获取滚动轴承迁移矩阵；将各迁移矩阵第一列元素分别映射到空间坐标系后得到一个坐标点，第二列元素、第三列元素分别作映射到空间坐标系，得到第二列元素对应的坐标点以及第三列元素对应的坐标点；将第一列至第三列对应的坐标点均采用最小二乘法进行曲线拟合，形成滚动轴承内圈、外圈和滚动体的故障迁移曲线。本发明专利技术计算简单、计算量小，可以广泛在机械故障诊断领域中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械故障诊断方法，特别是关于一种滚动轴承故障迀移轨迹可视 化的方法。
技术介绍
滚动轴承是机械运行中一个复杂的系统，各个零部件之间存在相对运动，在设备 运行情况下引起振动，这些振动对设备造成的细微影响不易察觉，长期积累下引起设备不 同部位形成故障，故障原因不容易判断，以至于不能提前做到预防工作，导致轴承甚至是成 套设备不能正常运转使用。传统机械设备中的滚动轴承监测设备，只有对轴承的监测作用， 不能形成可视化的图形和数据，无法做到对故障点查找和排除。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种滚动轴承故障迀移轨迹可视化的方法， 能直观有效地分析故障的变化规律，将故障的发展变化用图形方式表达出来，且计算简单、 计算量小。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种滚动轴承故障迀移轨迹可视化 的方法，其特征在于包括以下步骤：1)在滚动轴承内圈不同位置加工出点蚀故障，并在滚 动轴承内圈上安装三个振动传感器；三个振动传感器分别采集滚动轴承内圈、外圈以及滚 动体的振动信号，进而获取三组滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号和滚动体 时序振动信号；2)对滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号、滚动体时序振动信 号进行特征量提取，分别得到滚动轴承内圈、外圈及滚动体时序振动信号的变异系数、偏度 和峭度指标；3)根据所述步骤2)得到的滚动轴承内圈、外圈及滚动体时序振动信号的变异 系数、偏度和峭度指标，进而获取不同时刻的状态矩阵；4)根据所述步骤3)得到的滚动轴 承状态矩阵获取滚动轴承迀移矩阵；5)将所述步骤4)中得到的滚动轴承各迀移矩阵第一 列元素分别作为空间坐标系中X、Y、Z轴的数值，映射到空间坐标系后得到一个坐标点，共 得到n-2个坐标点；同理，滚动轴承各迀移矩阵第二列元素、第三列元素分别作为空间坐标 系中X、Y、Z轴的数值，映射到空间坐标系，得到第二列元素对应的n-2个坐标点以及第三 列元素对应的n-2个坐标点；6)将第一列对应的n-2个坐标点采用最小二乘法进行曲线拟 合，形成滚动轴承内圈故障迀移曲线；第二列对应的n-2个坐标点采用最小二乘法进行曲 线拟合，形成滚动轴承外圈故障迀移曲线；第三列对应的n-2个坐标点采用最小二乘法进 行曲线拟合，形成滚动轴承滚动体故障迀移曲线，实现将滚动轴承故障的发展变化用图形 方式表达。 进一步，所述步骤2)中，所述滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号、滚 动体时序振动信号的特征量提取过程相同，所述滚动轴承内圈时序振动信号特征量提取过 程为：在Vt2、…、1时刻截取η个采样点作为数据段，其中η= 2048,计算每个数据段的 变异系数std、偏度s和峭度指标Cq: 变异系数std为： 式中，Xl为第i段数据段内的时序振动信号；为\的均值， 偏度s为车中，μ表示期望，σ表示标准差； 峭度指标Cq为： 进一步，所述步骤3)中，所述状态矩阵获取方法如下：以^时刻下滚动轴承内圈、 外圈及滚动体时序振动信号作为矩阵的行；以h时刻下滚动轴承内圈、外圈和滚动体的变 异系数、偏度、峭度指标作为矩阵的列，组成3X3的状态矩阵Si，代表h时刻下滚动轴承的 状态；同理，得到状态矩阵&……Sn。 进一步，所述步骤4)中，滚动轴承由h时刻到12时刻的变化过程定义为滚动轴承 的迀移矩阵m12，即S2,则m12=S2/S1;同理，得到迀移矩阵m23、m34、…m(n1)n。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术利用状态矩阵表示故 障状态，并根据状态矩阵获取迀移矩阵，进而表示故障状态的迀移，将故障变化规律映射到 矩阵的运算中，具有计算简单、计算量小的特点。2、本专利技术根据迀移矩阵的列向量作为空间 坐标系的数值，并映射到空间坐标系得到坐标点，进而将得到的所有坐标点进行拟合构成 滚动轴承内圈、外圈及滚动体的故障迀移曲线，将故障的发展变化用图形方式表达出来，可 以直观地分析故障的变化规律。综上所述，本专利技术可以直观地分析故障的变化规律，提前采 取有效措施，预防故障发生和减缓故障的劣化进程，可以广泛在机械故障诊断领域中应用。【附图说明】 图1是本专利技术的整体流程示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。 如图1所示，本专利技术提供一种滚动轴承故障迀移轨迹可视化的方法，该方法用于 将故障的发展变化采用图形方式表达出来，进而对滚动轴承故障实现迀移轨迹可视化，其 包括以下步骤： (1)在滚动轴承内圈不同位置加工出点蚀故障，并在滚动轴承内圈上安装三个振 动传感器。三个振动传感器分别采集滚动轴承内圈、外圈以及滚动体的振动信号，进而获 取三组滚动轴承内圈时序振动信号Xi(t)、外圈时序振动信号X。(t)和滚动体时序振动信号 Xr (t)ο (2)对滚动轴承内圈时序振动信号Xl (t)、外圈时序振动信号x。(t)、滚动体时序振 动信号\(t)进行特征量提取，三者特征量提取方法相同，以轴承内圈时序振动信号Xl(t) 为例进行说明，其提取过程如下： 在tpt2、…、1时刻截取η个采样点作为数据段，其中η= 2048,计算每个数据 段的变异系数std、偏度s和峭度指标C。： 变异系数std为：（1) JΠ-L式中，Xi为第i段数据段内的时序振动信号；η= 2048 ;无为均值， 偏度s为：(2) 其中，μ表示期望，σ表示标准差。 峭度指标Ca为： (3)根据步骤⑵得到的滚动轴承内圈、外圈及滚动体时序振动信号的变异系数、 偏度和峭度指标，进而获取不同时刻的状态矩阵。 具体方法如下：以h当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚动轴承故障迁移轨迹可视化的方法，其特征在于包括以下步骤：1)在滚动轴承内圈不同位置加工出点蚀故障，并在滚动轴承内圈上安装三个振动传感器；三个振动传感器分别采集滚动轴承内圈、外圈以及滚动体的振动信号，进而获取三组滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号和滚动体时序振动信号；2)对滚动轴承内圈时序振动信号、外圈时序振动信号、滚动体时序振动信号进行特征量提取，分别得到滚动轴承内圈、外圈及滚动体时序振动信号的变异系数、偏度和峭度指标；3)根据所述步骤2)得到的滚动轴承内圈、外圈及滚动体时序振动信号的变异系数、偏度和峭度指标，进而获取不同时刻的状态矩阵；4)根据所述步骤3)得到的滚动轴承状态矩阵获取滚动轴承迁移矩阵；5)将所述步骤4)中得到的滚动轴承各迁移矩阵第一列元素分别作为空间坐标系中X、Y、Z轴的数值，映射到空间坐标系后得到一个坐标点，共得到n‑2个坐标点；同理，滚动轴承各迁移矩阵第二列元素、第三列元素分别作为空间坐标系中X、Y、Z轴的数值，映射到空间坐标系，得到第二列元素对应的n‑2个坐标点以及第三列元素对应的n‑2个坐标点；6)将第一列对应的n‑2个坐标点采用最小二乘法进行曲线拟合，形成滚动轴承内圈故障迁移曲线；第二列对应的n‑2个坐标点采用最小二乘法进行曲线拟合，形成滚动轴承外圈故障迁移曲线；第三列对应的n‑2个坐标点采用最小二乘法进行曲线拟合，形成滚动轴承滚动体故障迁移曲线，实现将滚动轴承故障的发展变化用图形方式表达。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋章雷，徐小力，左云波，吴国新，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11