[發明專利]一種滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征提取方法及系統

有效

• 申請號: 201510367606.3
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105043767B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 郭瑜;康偉;伍星;孔佑炳;劉暢;賀瑋;謝金葵
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01H1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征提取方法及系統，屬于故障診斷技術與信號處理分析技術領域。

背景技術

集合經驗模態分解(EEMD)是一種疊加高斯白噪聲的多次經驗模態分解(EMD)方法，其利用高斯白噪聲具有頻率均勻分布的統計特性，使加入噪聲后的信號在不同尺度上具有連續性，可有效地解決由間歇性成分導致的模態混疊問題。

一個實值函數的希爾伯特變換(Hilbert transform)有如下定義：

式中：x(τ)為實信號；π為圓周率；

基于Hilbert變換的包絡提取法以信號本身作為實部，以信號的Hilbert變換作為虛部構建解析信號，有如下定義：

式中:為解析信號；為x(t)的Hilbert變換；x(t)為實信號；

其解析信號的幅值即為信號的包絡，有如下定義：

式中：y(t)為信號包絡；

本發明所提出的方法通過對滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征的提取，為實現對具有外圈剝落故障的滾動球軸承在運行工況下雙沖擊特征的提取提供了一種較為可取的方法與系統，為實現滾動球軸承外圈剝落故障剝落區長度在運行工況下的測量奠定基礎。

發明內容

本發明提供了一種滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征提取方法及系統，以EEMD分解的方法，獲取降噪后的振動信號，實現了對故障信號的包絡分析中的雙沖擊特征的準確提取，解決了傳統滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征在運行工況下難以提取的問題。

本發明的技術方案是：一種滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征提取方法，包括：

信號采集模塊，用于通過加速度傳感器獲取滾動球軸承外圈剝落故障振動信號；

信號處理模塊，用于對工況下的滾動球軸承外圈剝落故障振動信號進行預白化處理(對所采集的滾動球軸承外圈剝落故障振動信號確定AR的階次范圍，并計算各階次下的峭度值K，找出最大峭度值，以其對應的階次作為AR模型最優階次對信號按AR模型進行線性預測)；

信號去噪模塊，用于對信號處理模塊中所得殘余信號進行EEMD分解，得到一組從高頻到低頻的IMF，接著去除含噪比例較大的IMF分量，再對剩余的IMF分量進行重構，并計算各剩余的IMF分量與重構后信號的互相關系數及其峭度值，最后選取互相關系數及峭度值均大于均值的IMF進行重構，得到去噪后信號；

特征提取模塊，用于對去噪后的信號采用Hilbert包絡提取方法實現對滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征的分離提取。

所述去除含噪比例較大的IMF分量具體為：

首先計算各IMF分量的能量密度與其平均周期的積P_j；

再計算系數

最后保留第一個RP_j≥1及其之后的IMF分量；

式中：p_i、p_j分別為第i、j個IMF分量的能量密度與其平均周期的積。

一種滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征提取系統，包括：

信號采集模塊，用于通過加速度傳感器獲取滾動球軸承外圈剝落故障振動信號；

信號處理模塊，用于對工況下的滾動球軸承外圈剝落故障振動信號進行預白化處理；

信號去噪模塊，用于對信號處理模塊中所得殘余信號進行EEMD分解，得到一組從高頻到低頻的IMF，接著去除含噪比例較大的IMF分量，再對剩余的IMF分量進行重構，并計算各剩余的IMF分量與重構后信號的互相關系數及其峭度值，最后選取互相關系數及峭度值均大于均值的IMF進行重構，得到去噪后信號；

特征提取模塊，用于對去噪后的信號采用Hilbert包絡提取方法實現對滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征的分離提取。

本發明的有益效果是：

由于在對滾動球軸承外圈剝落故障雙沖擊特征進行提取的過程中，通過用AR模型對原始振動信號進行預白化處理，再根據信號的局部時變特性進行自適應的時頻分解，使得原本較為復雜的信號變得易于有效提取雙沖擊特征，從而為實現滾動球軸承外圈剝落故障剝落區長度在運行工況下的測量奠定基礎。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖；

圖2為本發明中實測信號示意圖：(a)原始信號；(b)預白化信號；(c)原始信號局部放大；(d)預白化信號局部放大；

圖3為本發明中實測信號EEMD分解結果示意圖；