法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了法兰联轴器不对中系统的动力学仿真与故障诊断方法，包括以下步骤：首先在三维建模软件中建立包含平行不对中特征的法兰联轴器不对中系统模型；其次，将法兰联轴器不对中系统的三维模型导入多体动力学分析软件Adams中，得到法兰联轴器不对中系统刚体模型；再设置模型材料属性、连接关系及力矩等，模拟正常工作条件下的工况并运行Adams动力学仿真，提取联轴器的加速度信号；最后，采用CSES(联合平方包络谱)方法对仿真信号进行分析，提取联轴器不对中故障特征频率，对其故障特征进行诊断。本发明专利技术解决了实验平台成本高及不能模拟实际运行工况的缺点，并且能够有效地对法兰联轴器平行不对中故障进行诊断。联轴器平行不对中故障进行诊断。联轴器平行不对中故障进行诊断。

【技术实现步骤摘要】
法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法


[0001]本专利技术属于故障诊断
，具体涉及法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法

技术介绍

[0002]在旋转机械中，大约百分之六十到百分之七十的故障是由于轴系的不对中造成的。联轴器是传动系统的核心部件，有多种用途，其中最重要的是连接驱动轴和从动轴，并为系统提供足够的机械灵活性。当两个未对准的轴通过联轴器连接在一起时，机械结构受到与应变直接相关的变形，平行不对中会引起附加弯曲力矩和扭转力矩，进而产生一系列的振动，对机器设备带来不利影响，严重时机器设备遭到损坏。因此，能及时发现联轴器平行不对中故障进行诊断，保证机械设备的平稳运行是非常重要的。
[0003]为了保证机械设备运行的稳定性，清楚法兰联轴器平行不对中故障所体现的故障特征信息，需要对其进行对应状态下的动力学实验，但实验存在搭建成本高昂及不能模拟实际运行工况的缺点。因此，针对实验平台的缺点，提出了一种法兰联轴器平行不对中系统的动力学仿真与故障诊断方法，解决了实验成本高、精确性不足等问题，并且所提方法能更好的提取法兰联轴器平行不对中故障信号特征对联轴器进行故障诊断。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术设计了法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，用以解决实验平台搭建成本高昂及不能模拟实际运行工况的缺点，且所提的特征提取方法能更好的对联轴器平行不对中故障进行诊断。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]Step1：在SoildWork软件中建立包含平行不对中特征的法兰联轴器不对中系统模型；
[0007]Step2：将法兰联轴器平行不对中系统的三维模型导入多体动力学分析软件Adams中，得到法兰联轴器平行不对中系统的刚体模型；
[0008]Step3：在Adams中定义模型各部件的材料属性，依据法兰联轴器平行不对中系统，设置各部件之间的连接关系、驱动力、接触力及力矩，对其工况条件进行模拟；
[0009]Step4：设置仿真时间及步长，选择Wstiff求解器的SI2积分格式进行仿真计算，仿真结束后提取传动轴上的加速度信号，并将其导入MATLAB中；
[0010]Step5：采用CSES(联合平方包络谱)方法对仿真信号进行分析，提取联轴器不对中故障特征频率，对其故障特征进行诊断。
[0011]进一步的，所述Step1中，根据实际法兰联轴器不对中系统的尺寸结构和连接关系建立三维模型。
[0012]进一步的，所述Step2中，三维建模软件中建立的三维模型通过另存为“.x_t”的文
件格式，导入到Adams软件中。
[0013]进一步的，所述Step3中，各部件的材料属性为45号钢，连接关系包括转动副、固定副，驱动力为转速驱动。
[0014]进一步的，所述Step4中，加速度信号为传动轴上的径向加速度信号。
[0015]进一步的，所述Step5中，CSES方法的故障特征提取流程如下：
[0016]Step5.1根据小波变换的二叉树结构，采用最大重叠离散小波包变换(maximal overlap discrete wavelet packet transform，简称MODWPT)，分解原信号到不同滤波参数的频带中；基于MODWPT的频带划分具体可分为以下几步:
[0017]①
设定母小波函数，将信号分解为j层，共有2j个不同频带的信号，提取各频带分解系数为
[0018][0019]上式中:mod为两数的取余；L为滤波器的长度；N为维数；n为随分解层数变化的索引；若nmod4＝0或3，则若nmod4＝1或2，则而与分别表示最大重叠离散、小波变换的尺度滤波器及小波滤波器；
[0020]②
对各分解系数进行重构，得到重构信号{S
j0
,S
j1
,S
j2
,
…
,S
ji
}；将MODWPT作为滤波器应用于整个时间过程，在每个分解等级上分离出具有不同频带与中心频率的信号，所有分解层数保持相同的时间分辨率；
[0021]Step5.2选择不同参数滤波后的信号；计算所有滤波后信号的平方包络函数，削弱不相关噪声信号的干扰，再计算平方包络信号的无偏自相关函数：
[0022][0023]其中：s(t
j
)为平方包络信号；n为信号s(t
j
)的长度，n＝0，1，2，
…
，N
‑
1；时延因子τ＝n/f
s
；f
s
为信号采样频率；S(τ)为无偏自相关信号；
[0024]Step5.3将下式所示的峭度指标作为依据，计算并比较其峭度值，将超过或等于最大峭度值一半的对应滤波参数选出，并输出相关滤波后的信号；
[0025][0026]其中：S为信号S(tj)的均值；
[0027]Step5.4获取强化包络谱，完成故障特征提取；计算各滤波后信号的平方包络，并使用傅里叶变换方法将时域信号转换到频域，得到多个平方包络谱；分别归一化各平方包络谱，根据所属的分解层数叠加并取平均，得到与分解层数相同数量的频谱，叠加所有频谱得到故障特征明显的强化包络谱。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术建立了法兰联轴器平行不对中系统的动力学模型与基于CSES的故障特征提取方法，能够精确的分析法兰联轴器发生故障时所产生的故障特征信息，为法兰联轴器平行不对中故障诊断提供理论依据。本专利技术所建模型具有准确性和针对性的特点，解决了实验平台搭建成本高昂及不能模拟实际运行工况的缺点，本专利技术所使用的CSES方法能够更有效的提取法兰联轴器平行不对中故障的特征，更好的对其故障进行诊断。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为法兰联轴器平行不对中故障的建模仿真方法与故障诊断方法流程图；
[0032]图2为法兰联轴器平行不对中故障三维模型；
[0033]图3为法兰联轴器平行不对中故障仿真约束关系示意图；
[0034]图4为CSES故障特征提取方法流程图；
[0035]图5为联合平方包络谱图；
[0036]图6为强化包络谱图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：在SoildWork软件中建立包含平行不对中特征的法兰联轴器不对中系统模型；Step2：将法兰联轴器平行不对中系统的三维模型导入多体动力学分析软件Adams中，得到法兰联轴器平行不对中系统的刚体模型；Step3：在Adams中定义模型各部件的材料属性，依据法兰联轴器平行不对中系统，设置各部件之间的连接关系、驱动力、接触力及力矩，对其工况条件进行模拟；Step4：设置仿真时间及步长，选择Wstiff求解器的SI2积分格式进行仿真计算，仿真结束后提取传动轴上的加速度信号，并将其导入MATLAB中；Step5：采用CSES(联合平方包络谱)方法对仿真信号进行分析，提取联轴器不对中故障特征频率，对其故障特征进行诊断。2.如权利要求1所述的法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于：所述Step1中，根据实际法兰联轴器不对中系统的尺寸结构和连接关系建立三维模型。3.如权利要求1所述的法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于：所述Step2中，三维建模软件中建立的三维模型通过另存为“.x_t”的文件格式，导入到Adams软件中。4.如权利要求1所述的法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于：所述Step3中，各部件的材料属性为45号钢，连接关系包括转动副、固定副，驱动力为转速驱动。5.如权利要求1所述的法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于：所述Step4中，加速度信号为传动轴上的径向加速度信号。6.如权利要求1所述的法兰联轴器平行不对中系统动力学仿真与故障诊断方法，其特征在于：所述Step5中，CSES方法的故障特征提取流程如下：Step5.1根据小波变换的二叉树结构，采用最大重叠离散小波包变换(maximal overlap discrete wavelet packet transform，简称MODWPT)，分解原信号到不同滤波参数的频带中；基于MODWPT的频带划分具体可分为以下几步:<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，郑永思，马军，熊新，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：