一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，包括：(1)根据轴承转速信号S(t)单调性将轴承振动信号X(t)和S(t)同步分段得到故障信号片段X1(t1)、X2(t2)、

【技术实现步骤摘要】
一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及变速工况下滚动轴承精确故障诊断
，具体为一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法。

技术介绍

[0002]轴承发生故障时，其振动信号的统计特征将发生变化，通过对振动信号的时域、频域分析，能够实现轴承故障状态的判断。但当前故障诊断方法大多适用于恒定转速工况，变转速下滚动轴承时域故障振动信号将失去周期性变化的规律，并且会出现调频、调幅和调相等现象，导致传统方法失效。
[0003]目前针对变速工况的主要技术手段是阶次分析，解决思路是准确地获得阶数采样时刻和相应的参考转速(或频率)以实现OT(Order Tracking)。例如，一种基于振动信号阶次分析的故障诊断方法(中国专利：CN104266747B)通过时频分析，估计转速再应用阶次分析方法实现振动信号诊断，这种TLOT(Tacho
‑
less Order Tracking)方法面临抗噪能力差、计算量大的问题，对实验环境有很高的要求；一种振动阶次跟踪分析方法(中国专利：CN114485914A)通过高频计数器对转速脉冲进行计时补偿以实现转速精确获取，高频计数器的安装和使用都具有较高的硬件成本，并且在变速阶段跟踪精度会明显降低；基于阶次提取的旋转机械转子运行状态模态分析方法(中国专利：CN107167306B)基于Vold
‑
Kalman滤波的阶次跟踪，这种VKF
‑
OT(Vold
‑
Kalman Filter Order Tracking)方法的计算效率低，因为它涉及大型稀疏矩阵的反演；综上，现有技术需要准确获取轴承转速，需要精密的转速计或者需要专门设计的算法来估计转速。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，以解决上述
技术介绍
中提出的现有技术需要准确获取轴承转速，需要精密的转速计或者需要专门设计的算法来估计转速的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，具体包括以下步骤：
[0006]S1：采集轴承的振动信号与转速信号，并根据转速信号的单调性走势将振动信号和转速信号同步划分为k段，得到故障信号与轴承转速信号；
[0007]S2：将所述轴承转速信号进行待定函数拟合得到初步计算函数；
[0008]S3：将所述待定函数的系数进行预置化，并设置浮动区间，得到预置化参数集；
[0009]S4：将所述预置化参数集与故障信号对应执行指标优化，得到k段信号全部优化参数；
[0010]S5：将所述优化参数结合初步计算函数，得出转速逼近函数，并将其按顺序拼接后生成转速序列；
[0011]S6：在所述转速序列的各断点前后取结点，构建插值待定函数，来替换结点区间，
得到优化转速序列；
[0012]S7：使用所述优化转速序列对故障信号做同步重采样得到同步测量信号R_sig，并对其进行包络谱分析得出轴承故障诊断结论。
[0013]作为优选，所述步骤S1中采集轴承的振动信号与转速信号的方式具体为，通过振动传感器和霍尔测速传感器分别采集轴承的振动信号与转速信号；
[0014]其中，所述振动信号为X(t)，所述转速信号为S(t)。
[0015]作为优选，所述步骤S1中根据转速信号的单调性走势将振动信号和转速信号同步划分为k段，得到故障信号与轴承转速信号的方式具体为，依据转速信号单调性走势同步划分振动信号和转速信号为k段，得到故障信号X1(t1)、X2(t2)、
…
、X
k
(t
k
)与轴承转速信号S1(t1)、S2(t2)、
…
、S
k
(t
k
)；
[0016]其中，k≥1，分段点为转速信号中极值点的位置，由k
‑
1个极值点将振动信号和转速信号分为k段，且每段速度信号总体单调。
[0017]作为优选，所述步骤S2中初步计算函数具体为，y(t1)＝a0+a1*t1+a2*t
12
+...a
n
*t
1n
、y(t2)＝b0+b1*t2+b2*t
22
+...b
n
*t
2n
、...、y(t
k
)＝m0+m1*t
k
+m2*t
k2
+...m
n
*t
kn
；
[0018]其中，(a0，a1，a2，...，a
n
)、(b0，b1，b2，...，b
n
)、...、(m0，m1，m2，...，m
n
)为待定函数系数。
[0019]作为优选，所述步骤S2中待定函数拟合的准则为最小平方法，拟合模式为多项式，拟合时多项式阶数n从1阶开始递增，直至满足拟合要求时结束，得到拟合速度曲线表达式y(t)的表达式；
[0020]R
‑
square是定义为SSR和SST的比值，故
[0021][0022]其中，拟合数据和原始数据的确定系数R
‑
square≥0.97，w
i
为权重系数，这里取1，y'
i
是拟合数据，y
i
是原始数据,是原始数据的均值。
[0023]作为优选，所述步骤S3中预置化参数集为U1(a0，a1，a2，...，a
n
)、U2(b0，b1，b2，...，b
n
)、
…
、U
k
(m0，m1，m2，...，m
n
)；
[0024]其中，参数集U1(a0，a1，a2，...，a
n
)定义为：
[0025][0026]A0、A1、A2、...、A
n
为参数区间下边界，Δa0、Δa1、Δa2、...、Δa
n
为间隔的步幅，B0、B1、B2、...、B
n
为参数区间上边界，参数区间应根据拟合待定函数系数做相应调整。
[0027]作为优选，所述步骤S4中将所述预置化参数集与故障信号对应执行指标优化，得到k段信号全部优化参数的方式具体为，
[0028]S41：对预置化参数集U1(a0，a1，a2，...，a
n
)和对应的故障信号X1(t1)执行指标优化，记录指标最大值时预置化参数集U1中对应参数(a
0max
，a
1max
，a
2max
，...，a
nmax
)；
[0029]S42：更换预置化参数集和对应的故障信号重复执行步骤S41，直至获取k段信号全部优化参数(a
0max
，a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1：采集轴承的振动信号与转速信号，并根据转速信号的单调性走势将振动信号和转速信号同步划分为k段，得到故障信号与轴承转速信号；S2：将所述轴承转速信号进行待定函数拟合得到初步计算函数；S3：将所述待定函数的系数进行预置化，并设置浮动区间，得到预置化参数集；S4：将所述预置化参数集与故障信号对应执行指标优化，得到k段信号全部优化参数；S5：将所述优化参数结合初步计算函数，得出转速逼近函数，并将其按顺序拼接后生成转速序列；S6：在所述转速序列的各断点前后取结点，构建插值待定函数，来替换结点区间，得到优化转速序列；S7：使用所述优化转速序列对故障信号做同步重采样得到同步测量信号R_sig，并对其进行包络谱分析得出轴承故障诊断结论。2.根据权利要求1所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S1中采集轴承的振动信号与转速信号的方式具体为，通过振动传感器和霍尔测速传感器分别采集轴承的振动信号与转速信号；其中，所述振动信号为X(t)，所述转速信号为S(t)。3.根据权利要求2所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S1中根据转速信号的单调性走势将振动信号和转速信号同步划分为k段，得到故障信号与轴承转速信号的方式具体为，依据转速信号单调性走势同步划分振动信号和转速信号为k段，得到故障信号X1(t1)、X2(t2)、
…
、X
k
(t
k
)与轴承转速信号S1(t1)、S2(t2)、
…
、S
k
(t
k
)；其中，k≥1，分段点为转速信号中极值点的位置，由k
‑
1个极值点将振动信号和转速信号分为k段，且每段速度信号总体单调。4.根据权利要求1所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S2中初步计算函数具体为，y(t1)＝a0+a1*t1+a2*t
12
+...a
n
*t
1n
、y(t2)＝b0+b1*t2+b2*t
22
+...b
n
*t
2n
、...、y(t
k
)＝m0+m1*t
k
+m2*t
k2
+...m
n
*t
kn
；其中，(a0，a1，a2，...，a
n
)、(b0，b1，b2，...，b
n
)、...、(m0，m1，m2，...，m
n
)为待定函数系数。5.根据权利要求4所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S2中待定函数拟合的准则为最小平方法，拟合模式为多项式，拟合时多项式阶数n从1阶开始递增，直至满足拟合要求时结束，得到拟合速度曲线表达式y(t)的表达式；R
‑
square是定义为SSR和SST的比值，故其中，拟合数据和原始数据的确定系数R
‑
square≥0.97，w
i
为权重系数，这里取1，y'
i
是拟合数据，y
i
是原始数据,是原始数据的均值。6.根据权利要求1所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S3中预置化参数集为U1(a0，a1，a2，...，a
n
)、U2(b0，b1，b2，...，b
n
)、
…
、U
k
(m0，m1，m2，...，m
n
)；
其中，参数集U1(a0，a1，a2，...，a
n
)定义为：A0、A1、A2、...、A
n
为参数区间下边界，
△
a0、
△
a1、
△
a2、...、
△
a
n
为间隔的步幅，B0、B1、B2、...、B
n
为参数区间上边界，参数区间应根据拟合待定函数系数做相应调整。7.根据权利要求1所述的一种适用于快变转速工况的轴承故障诊断方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，黄明涛，朱子豪，赵新航，许一凡，刘自想，杨韬，刘永斌，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：