一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法技术

本发明专利技术公开了一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，包括：S1、采集齿轮故障时域振动信号x(t)；S2、对x(t)进行滤波得第m阶啮合频率附近调制信号xm(t)；S3、校正第m阶啮合频率并得调制转频；S4、求xm(t)的幅值时域包络；S5、对xm(t)进行平方解调，校正解调谱中的幅值并计算理论幅值，建立调幅信号数学模型；S6、列出关于调幅参数的方程组；S7、求调幅参数，分离调幅信号，得剩余信号；S8、建立剩余信号模型，并校正其幅值谱中幅值；S9、求剩余信号各频率的理论幅值；S10、建立关于调频参数方程组；S11、求解调频参数，提取调频信号；S12、根据分离的调幅和调频信号诊断齿轮故障。该方法用于分离实际齿轮故障时的调幅和调频成分，进行故障诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法
本专利技术涉及旋转机械和信号处理领域，具体涉及一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法。
技术介绍
由于振动信号中包含了丰富的齿轮箱运行状态信息，因此齿轮箱振动信号分析一直是进行齿轮箱运行状态监测和故障诊断的最重要手段。齿轮箱作为重要的传动部件，广泛用于各重大机械传动系统，但其工作环境恶劣，易产生故障从而导致经济损失甚至人员伤亡。所以，对齿轮箱故障进行正确的诊断具有重要的意义。齿轮故障时振动信号中同时伴有幅值调制信号和频率调制信号。近些年关于齿轮箱振动调制信号的解调幅和解调频方法已出现较多，其中平方幅值解调和希尔伯特求包络均是常用的解调幅方法。第一类贝塞尔函数与调频信号的关系作为一个有效的数学推导公式，多用于齿轮箱故障振动信号机理的研究推导中，能有效获取故障振动信号特征频率，因此将第一类贝塞尔函数与调频信号间的关系用于调频信号分离方面具有一定的基础。另外，信赖域反射最小二乘优化算法包括信赖域优化方法和内部反射牛顿算法，能很好地求解具有边界约束的非线性最小值问题，得到广泛的应用。所以，该方法能有效求解包含幅值调制和频率调制参数的非线性方程组。现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、啮合频率和转频的准确获取：S1、采集故障齿轮箱箱体某测量点的时域振动加速度信号x(t)；S2、选取合适的带通滤波器，对振动加速度信号x(t)进行滤波处理，获得滤波后的加速度信号xm(t)；S3、对滤波后的加速度信号xm(t)进行傅里叶变换，校正滤波后的加速度信号xm(t)中的啮合频率，并计算调制转频；B、幅值调制信号分离：S4、通过希尔伯特变换获得滤波后的加速度信号xm(t)的幅值时域包络Ha(t)；S5、对滤波后的加速度信号xm(t)进行幅值平方解调，计算平方解调谱中低频成分的理论幅值，校正相同频率成分幅值，...

【技术特征摘要】
1.一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、啮合频率和转频的准确获取：S1、采集故障齿轮箱箱体某测量点的时域振动加速度信号x(t)；S2、选取合适的带通滤波器，对振动加速度信号x(t)进行滤波处理，获得滤波后的加速度信号xm(t)；S3、对滤波后的加速度信号xm(t)进行傅里叶变换，校正滤波后的加速度信号xm(t)中的啮合频率，并计算调制转频；B、幅值调制信号分离：S4、通过希尔伯特变换获得滤波后的加速度信号xm(t)的幅值时域包络Ha(t)；S5、对滤波后的加速度信号xm(t)进行幅值平方解调，计算平方解调谱中低频成分的理论幅值，校正相同频率成分幅值，通过解调幅值谱确定调幅信号最高阶次，建立包括直流分量的调幅信号数学模型；S6、列出包含调幅信号幅值和相位的非线性方程组；S7、利用信赖域反射最小二乘优化算法计算幅值调制参数，分离出幅值调制信号，同时得到含有调频成分信息的剩余信号；C、频率调制信号分离：S8、确定调频函数的阶次，建立剩余信号数学模型，并校正幅值谱中的幅值；S9、求解剩余信号中各频率成分的理论幅值；S10、建立关于调频信号幅值和相位的非线性方程组；S11、利用信赖域反射最小二乘优化算法求解频率调制信号参数，提取频率调制信号；S12、根据分离的幅值调制信号和频率调制信号进行齿轮箱故障诊断。2.根据权利要求1所述的一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：建立空间坐标系XYZ，其中X轴正向指向齿轮箱中心轴线输入轴往输出轴方向，Z轴正向竖直向上，Y轴正向由右手定则确定；在所述齿轮箱轴承座表面安装1个单向加速度传感器，测试方向为Z轴，然后分别依次连接传感器、数据采集器和便携式计算机；设置采样频率fs，同步采集时域振动加速度信号x(t)，单位为m/s2。3.根据权利要求1所述的一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：根据采集的振动加速度信号x(t)确定分析的频带，构造带通滤波器，对原振动加速度信号x(t)进行滤波处理，获得滤波后的第m阶啮合频率及其调制信号xm(t)，如下式：式中，Am和φm分别是第m阶啮合频率的幅值和初始相位，fz是啮合频率，M为啮合频率的最高阶次；am(t)和bm(t)分别是第m阶啮合频率成分的幅值调制和频率调制函数；fn1和fn2分别是主动轮和从动轮的转频；Am1,k和分别是am(t)以fn1展开时第k阶成分的幅值和相位；Am2,g和分别是am(t)以fn2展开时第g阶成分的幅值和相位；K和G分别是fn1和fn2展开的最高阶次；Bm1,l和θm1,l分别是bm(t)以fn1展开时第l阶成分的幅值和相位；Bm2,d和θm2,d分别是bm(t)以fn1展开时第d阶成分的幅值和相位；L、D分别是fn1和fn2展开的最高阶次。4.根据权利要求3所述的一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程为：对滤波后的加速度信号xm(t)进行傅里叶变换，利用加Hanning窗的比值校正法校正第m阶啮合频率mfmc；已知齿轮箱输入轴齿数z1和输出轴齿数z2以及稳定运行时准确的输入转速n，根据fz＝fnz，其中fz为啮合频率，fn为转频，z为齿数，分别计算准确输入轴转频fn1c和输出轴转频fn2c。5.根据权利要求4所述的一种齿轮故障振动调幅调频信号准确分离方法，其特征在于，步骤S5的具体过程为：对滤波后的加速度信号xm(t)进行幅值平方解调得：进行具有合适截止频率的低通滤波处理，只保留与调幅参数有关的低频部分得到：fn1和fn2有耦合作用，但两者一般并不成整数比，各组调制频率及其倍频成分的幅值仅由该组调制频率决定，所以...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小青，何国林，丁康，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44