[發明專利]基于多尺度形態學分析的齒輪故障診斷方法

無效

• 申請號: 200910043718.8
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101644623A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 羅潔思;于德介;彭富強
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及一種齒輪故障診斷方法，特別涉及一種基于多尺度形態學分析的齒輪故障診斷方法。

背景技術

齒輪、滾動軸承發生故障時，會產生周期性的脈沖沖擊力，從而產生振動信號的調制現象，頻譜上表現為在嚙合頻率或固有頻率兩側出現間隔均勻的調制邊頻帶，從信號中提取調制信息，分析其強度和頻次就可以判斷齒輪、滾動軸承產生故障的部位和損傷程度，這一分析過程稱為解調。常用的解調方法有廣義檢波濾波解調、希爾伯特變換解調，運用這些解調方法可以分析齒輪、滾動軸承調制性故障，是故障診斷的重要和有效的分析手段，但是，采用這些解調方法分析時還存在一定局限性，廣義檢波濾波由于取絕對值、檢波過程或平方過程都會使載波頻率有可能出現高次諧波而產生混頻效應，在解調譜上會出現無法分析的頻率成分；希爾伯特解調由于希爾伯特算子不可避免的加窗效應，使得解調結果出現非瞬時響應特性，即在解調出的調制信號兩端及有突變的中間部位將產生調制，表現為幅值按指數衰減的波動，從而使解調誤差增大；

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于多尺度形態學分析的齒輪故障診斷方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟：

利用加速度傳感器獲取齒輪振動加速度信號；

采用EMD分解方法將獲得的振動加速度信號分解為多個IMF分量；

從分解的IMF分量中選取包含故障主要信號的高頻IMF分量，利用選取的IMF分量重構信號；

對重構信號進行多尺度形態學解調分析；

觀察解調結果頻譜圖是否在故障特征頻率或其倍頻處存在明顯峰值，進而判斷旋轉機械是否發生故障。

本發明的技術效果在于：1)本發明將旋轉機械加速度振動信號經EMD分解后選取包含故障特征頻率的主要IMF分量重構信號，能一定程度的消除噪聲對多尺度形態學操作的影響，且本發明采用多尺度形態學解調方法較傳統的解調方法更為優勢，原因為多尺度形態學的結構元素由信號產生，具有一定的適應性，能更有效地提取信號的沖擊特征，提高診斷準確度；2)本發明對故障振動信號進行多尺度形態學操作，提取故障信號的沖擊特征，然后進行頻譜分析，能較好的達到解調的目的。與傳統的解調分析比較，由于算法只涉及加減運算，不需要對信號進行絕對值、希爾伯特算子等運算，一方面可以減少由于算子運算產生的混頻效應、加窗效應等，另一方面極大降低了算法的復雜度。而且還不需要對運算結果進行低通濾波，無需預先選擇截止頻率。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明的流程圖。

圖2為本發明中內圈故障滾動軸承加速度振動信號時域波形圖。

圖3為本發明中內圈故障滾動軸承加速度振動信號的多尺度形態學解調結果圖。

圖4為本發明中內圈故障滾動軸承加速度振動信號加入方差為2的隨機白噪聲后的信號時域波形圖。

圖5為本發明中加噪后內圈故障滾動軸承加速度振動信號的多尺度形態學解調結果圖。

圖6為本發明中加噪后內圈故障滾動軸承加速度振動信號的基于EMD的多尺度形態學解調結果圖。

圖7為本發明中斷齒齒輪加速度振動時域波形圖。

圖8為本發明中斷齒齒輪加速度振動信號的希爾伯特包絡譜圖。

圖9為本發明中斷齒齒輪加速度振動信號的基于EMD的多尺度形態學解調結果圖。

具體實施方式

參見圖1，圖1是本發明的流程圖。下面結合流程圖對本發明的步驟作詳細說明。

首先利用加速度探頭對旋轉機械如滾動軸承、齒輪箱等進行測量獲得振動加速度信號；

采用EMD分解方法將獲得的振動加速度信號分解為多個IMF(intrinsic?modefunction)分量，EMD(empirical?mode?decomposition，)是經驗模式分解；

從分解的IMF分量中選取包含故障主要信號的高頻IMF分量(一般選取前三個IMF分量)，利用選取的IMF分量求和重構信號；

對重構信號進行多尺度形態學解調；其具體過程為：

1)設重構得到的信號為X，采用基于局部極值自適應搜索的方法，得到長度尺度λ_l的最大值和最小值分別為：

因此長度尺度λ_l＝{λ_lmin，λ_lmin+1，…，λ_lmax}，其中i_n為信號X的極值間隔，高度尺度λ_h定義為：