[發明專利]基于經驗模態分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法

在審

• 申請號: 201410181013.3
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN104006961A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 楊文通;羅兵;劉志峰;湛承鵬
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明屬于齒輪故障診斷技術領域，特別涉及一種基于經驗模態分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法。

背景技術

擺線錐齒輪作為重型車銑復合數控機床重載擺角銑頭的核心傳動部件，由于重載擺角銑頭的加工對象為大型復雜曲面，因此擺線錐齒輪經常在振動、沖擊、變載荷、頻繁換向等非穩態工況下工作，會產生點蝕、磨損、崩裂甚至斷齒等故障。故障狀態又直接影響了擺角銑頭的性能，導致數控機床加工出的零件不合格或整臺機床停運，甚至產生連鎖反應，嚴重影響企業的安全生產和經濟效益。因此，研究擺線錐齒輪的故障診斷技術及方法，盡早發現并及時消除故障對于保障機床設備安全、避免事故和巨額經濟損失及提高設備使用性能，具有非常重要的現實意義。

為有效提高重載擺角銑頭的加工性能及擺線錐齒輪的壽命和可靠性，有必要深入研究擺線錐齒輪的故障診斷技術及方法。本發明通過分析擺線錐齒輪故障振動信號的時域及頻域特征，根據經驗模態分解(EMD)方法及倒頻譜分析方法，提出了一種基于經驗模態分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法，該發明方法能夠準確提取出擺線錐齒輪的故障信息，實現擺線錐齒輪的故障診斷。本發明方法不僅能達到擺線錐齒輪狀態監測和故障診斷的目的，且為其他旋轉機械復合故障診斷技術提供了有效借鑒。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于經驗模態分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法，通過對擺線錐齒輪振動信號進行分析和處理，準確地提取出擺線錐齒輪故障特征。本發明為擺線錐齒輪的故障診斷和特征提取提供了新方法，且為其他旋轉機械復合故障診斷技術提供了有效借鑒。

本發明是采用以下技術手段實現的：

基于經驗模態分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法，其特征在于：具體步驟如下：

S1利用加速度傳感器對擺線錐齒輪副進行測量，采集該種齒輪的加速度振動信號作為待分析信號；

S2將采集的待分析信號導入Matlab軟件中，得到原始信號x(t)，采用經驗模態分解法將原始信號進行分解，得到一系列固有模態函數IMF分量；

S2.1.確定原始信號x(t)的所有局部極值點，用三次樣條曲線將所有的極大值點連接起來形成x(t)的上包絡線，同樣連接所有的極小值點形成x(t)的下包絡線，上下包絡線應該包絡所有的數據點；記上下包絡線的平均值為m₁(t)，并計算x(t)和m₁(t)的差值h₁(t)，得到：

h₁(t)＝x(t)-m₁(t)；

S2.2.對于不同的原始信號x(t)，h₁(t)可能滿足固有模態函數IMF的條件，也可能不滿足；若不滿足IMF條件，此時將h₁(t)作為原始信號，重復步驟S2.1得到h₁(t)的分解步驟，得到：

h₁₁(t)＝h₁(t)-m₁₁(t)

其中，m₁₁(t)為h₁(t)的上、下包絡線均值；

S2.3.如果h₁₁(t)不滿足IMF的條件，則分解繼續，重復上述步驟2.1中的分解k次，得：

h_1k(t)＝h_1(k-1)(t)-m_1k(t)

S2.4.判定h_1k(t)是否為一個IMF分量，必須要有分解終止準則，它可以定義為連續兩個分解結果之間的標準差SD值：