一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法及系统，涉及机械设备状态监测领域，所述方法，包括：获取目标齿轮箱中齿轮轴的振动加速度信号和齿轮轴上齿轮的啮合频率；由振动加速度信号确定齿轮轴的速度谱和包络谱；根据啮合频率和包络谱中能量最大的频率成分确定调制频率标识；根据速度谱、啮合频率和包络谱中能量最大的频率成分计算啮合频率能量占比、边频能量率和边频能量率占比；根据振动加速度信号计算加速度峭度；根据调制频率标识、啮合频率能量占比、边频能量率、边频能量率占比和加速度峭度对目标齿轮箱进行故障诊断。本发明专利技术能提高齿轮故障诊断的效率和可靠性。能提高齿轮故障诊断的效率和可靠性。能提高齿轮故障诊断的效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法及系统


[0001]本专利技术涉及机械设备状态监测领域，特别是涉及一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]齿轮箱设备具有传动平稳、结构紧凑且灵活多样的特点，被广泛地应用于工业领域，同时齿轮箱的运行状态及故障情况也受到了广泛的关注。其原因在于：a）齿轮箱的结构复杂，通常由多组轴、轴承、齿轮组成，故障类型较多且任何部件出现故障都会影响整个设备安全、稳定运行；b）齿轮箱的结构紧凑，故障易造成连锁故障，如一个齿轮箱发生了断齿可能会造成多对齿轮都发生断齿现象；c）对于关键齿轮传动设备或造价较高的齿轮箱传动设备，当齿轮发生故障时造成的停机或停产会造成很大的经济损失。因此，实时掌握齿轮箱的运行状态，提前预知齿轮故障对企业安全高效生产意义重大。振动监测作为旋转机械状态检测的有效工具，已被广泛接受，对于齿轮箱不同故障的振动表现上设备状态监测领域的从业者也做了很多理论和实践上的研究，齿轮箱故障机理及诊断分析方法也相对成熟。根据齿轮箱故障机理，在齿轮箱发生齿轮故障、轴承故障以及轴系故障时都会有不同的故障表现，如齿轮出现齿形误差、磨损、点蚀以及断齿时，通常齿轮故障时齿轮啮合频率会出现明显的增大，且部分故障也会调制啮合频率，在啮合频率旁出现明显的边频成分；在齿轮箱发生轴承故障时也会出现冲击机调制现象，但调制频率为轴承故障频率；在齿轮箱发生轴系相关问题时，主要的表现为低频部分的轴系相关故障频率（转频及其谐频等）。
[0003]目前，齿轮箱的故障诊断方式仍主要通过人工对振动数据进行分析实现，但该方式效率较低，且人工诊断经验不同可能会造成不同的诊断结论，诊断结果的可靠性较差。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术实施例提供一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法及系统，以提高齿轮故障诊断的效率和可靠性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，包括：获取目标齿轮箱中齿轮轴的振动加速度信号和齿轮轴上齿轮的啮合频率；由所述振动加速度信号确定齿轮轴的速度谱和包络谱；根据所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分确定调制频率标识；根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算啮合频率能量占比、边频能量率和边频能量率占比；根据所述振动加速度信号计算加速度峭度；根据所述调制频率标识、所述啮合频率能量占比、所述边频能量率、所述边频能量率占比和所述加速度峭度对所述目标齿轮箱进行故障诊断，得到诊断结果；所述诊断结果包括无齿轮故障、齿轮啮合故障、齿轮局部磨蚀故障和齿轮局部断齿故障；
所述根据所述调制频率标识、所述啮合频率能量占比、所述边频能量率、所述边频能量率占比和所述加速度峭度对所述目标齿轮箱进行故障诊断，得到诊断结果，具体包括：若所述目标齿轮箱满足第一判断条件，则确定无齿轮故障；所述第一判断条件为所述啮合频率能量占比小于或等于第一设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第二判断条件，则确定存在齿轮啮合不良故障；所述第二判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值且所述加速度峭度小于或等于第二设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第三判断条件，则确定存在第一复合故障；所述第一复合故障为齿轮啮合不良和轴承损伤复合的故障；所述第三判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值且所述调制频率标识为0；若所述目标齿轮箱满足第四判断条件，则确定存在第二复合故障，所述第二复合故障为齿轮啮合不良和轴承松动复合的故障；所述第四判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1且所述边频能量率占比小于或等于第三设定阈值；所述齿轮啮合故障包括所述齿轮啮合不良故障、所述第一复合故障和所述第二复合故障；若所述目标齿轮箱满足第五判断条件，则确定存在齿轮局部磨蚀故障；所述第五判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1、所述边频能量率占比大于第三设定阈值且所述边频能量率小于或等于第四设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第六判断条件，则确定存在齿轮局部断齿故障；所述第六判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1、所述边频能量率占比大于第三设定阈值且所述边频能量率大于第四设定阈值。
[0006]可选的，所述获取目标齿轮箱中齿轮轴的振动加速度信号和齿轮轴上齿轮的啮合频率，具体包括：采用振动加速度传感器采集齿轮轴的振动加速度信号；所述振动加速度传感器安装在目标齿轮箱中齿轮轴轴承位置；获取齿轮轴的转频和齿轮轴上的齿轮齿数；由所述齿轮轴的转频和所述齿轮齿数计算相应齿轮轴上齿轮的啮合频率。
[0007]可选的，所述由所述振动加速度信号确定齿轮轴的速度谱和包络谱，具体包括：对所述振动加速度信号进行带通滤波，并对带通滤波后的振动加速度信号进行积分，得到速度信号；对所述速度信号进行快速傅里叶变换，得到速度谱；对所述振动加速度信号进行高通滤波，并对高通滤波后的振动加速度信号进行希尔伯特变换，得到包络信号；对所述包络信号进行快速傅里叶变换，得到包络谱。
[0008]可选的，所述根据所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分确定调制频率标识，具体包括：采用窄带窗口计算所述包络谱中能量最大的频率成分；
由齿轮轴的转频、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分三者之间的关系确定调制频率标识。
[0009]可选的，所述根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算啮合频率能量占比、边频能量率和边频能量率占比，具体包括：根据所述速度谱和所述啮合频率计算一倍啮合频率的能量和两倍啮合频率的能量之和在整个频带能量中的占比，得到啮合频率能量占比；根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算第一能量比和第二能量比，并将所述第一能量比和所述第二能量比中的最大值确定为边频能量率；所述第一能量比为一倍啮合频率的边频的能量与一倍啮合频率的能量之比；所述第二能量比为两倍啮合频率的边频的能量与两倍啮合频率的能量之比；根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算第一能量与第二能量之和在整个频带能量中的占比，得到边频能量率占比；所述第一能量为一倍啮合频率的能量与一倍啮合频率的边频的能量之和；所述第二能量为两倍啮合频率的能量与两倍啮合频率的边频的能量之和。
[0010]可选的，所述由齿轮轴的转频、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分三者之间的关系确定调制频率标识，具体包括：当所述包络谱中能量最大的频率成分与齿轮轴的转频相等时，则确定调制频率标识为1；当所述啮合频率是所述包络谱中能量最大的频率成分的整数倍且所述包络谱中能量最大的频率成分小于0.5倍的齿轮轴的转频时，则确定调制频率标识为1；当所述啮合频率不是所述包络谱中能量最大的频率成分的整数倍时，则确定调制频率标识为0。
[0011]可选的，所述第一设定阈值为0.4；所述第二设定阈值为2.8；所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，其特征在于，包括：获取目标齿轮箱中齿轮轴的振动加速度信号和齿轮轴上齿轮的啮合频率；由所述振动加速度信号确定齿轮轴的速度谱和包络谱；根据所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分确定调制频率标识；根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算啮合频率能量占比、边频能量率和边频能量率占比；根据所述振动加速度信号计算加速度峭度；根据所述调制频率标识、所述啮合频率能量占比、所述边频能量率、所述边频能量率占比和所述加速度峭度对所述目标齿轮箱进行故障诊断，得到诊断结果；所述诊断结果包括无齿轮故障、齿轮啮合故障、齿轮局部磨蚀故障和齿轮局部断齿故障；所述根据所述调制频率标识、所述啮合频率能量占比、所述边频能量率、所述边频能量率占比和所述加速度峭度对所述目标齿轮箱进行故障诊断，得到诊断结果，具体包括：若所述目标齿轮箱满足第一判断条件，则确定无齿轮故障；所述第一判断条件为所述啮合频率能量占比小于或等于第一设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第二判断条件，则确定存在齿轮啮合不良故障；所述第二判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值且所述加速度峭度小于或等于第二设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第三判断条件，则确定存在第一复合故障；所述第一复合故障为齿轮啮合不良和轴承损伤复合的故障；所述第三判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值且所述调制频率标识为0；若所述目标齿轮箱满足第四判断条件，则确定存在第二复合故障，所述第二复合故障为齿轮啮合不良和轴承松动复合的故障；所述第四判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1且所述边频能量率占比小于或等于第三设定阈值；所述齿轮啮合故障包括所述齿轮啮合不良故障、所述第一复合故障和所述第二复合故障；若所述目标齿轮箱满足第五判断条件，则确定存在齿轮局部磨蚀故障；所述第五判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1、所述边频能量率占比大于第三设定阈值且所述边频能量率小于或等于第四设定阈值；若所述目标齿轮箱满足第六判断条件，则确定存在齿轮局部断齿故障；所述第六判断条件为所述啮合频率能量占比大于第一设定阈值、所述加速度峭度大于第二设定阈值、所述调制频率标识为1、所述边频能量率占比大于第三设定阈值且所述边频能量率大于第四设定阈值。2.根据权利要求1所述的一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，其特征在于，所述获取目标齿轮箱中齿轮轴的振动加速度信号和齿轮轴上齿轮的啮合频率，具体包括：采用振动加速度传感器采集齿轮轴的振动加速度信号；所述振动加速度传感器安装在目标齿轮箱中齿轮轴轴承位置；获取齿轮轴的转频和齿轮轴上的齿轮齿数；由所述齿轮轴的转频和所述齿轮齿数计算相应齿轮轴上齿轮的啮合频率。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，其特征在于，所述由所述振动加速度信号确定齿轮轴的速度谱和包络谱，具体包括：对所述振动加速度信号进行带通滤波，并对带通滤波后的振动加速度信号进行积分，得到速度信号；对所述速度信号进行快速傅里叶变换，得到速度谱；对所述振动加速度信号进行高通滤波，并对高通滤波后的振动加速度信号进行希尔伯特变换，得到包络信号；对所述包络信号进行快速傅里叶变换，得到包络谱。4.根据权利要求1所述的一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，其特征在于，所述根据所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分确定调制频率标识，具体包括：采用窄带窗口计算所述包络谱中能量最大的频率成分；由齿轮轴的转频、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分三者之间的关系确定调制频率标识。5.根据权利要求1所述的一种齿轮箱齿轮故障自动诊断方法，其特征在于，所述根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算啮合频率能量占比、边频能量率和边频能量率占比，具体包括：根据所述速度谱和所述啮合频率计算一倍啮合频率的能量和两倍啮合频率的能量之和在整个频带能量中的占比，得到啮合频率能量占比；根据所述速度谱、所述啮合频率和所述包络谱中能量最大的频率成分计算第一能量比和第二能量比，并将所述第一能量比和所述第二能量比中的最大值确定为边频能量率；所述第一能量比为一倍啮合频...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭朋，田秦，
申请(专利权)人：西安因联信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：