[發明專利]一種行星齒輪箱復合故障特征提取方法

有效

• 申請號: 201710868167.3
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107608936B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 何水龍;李慧;王衍學;蔣占四
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G01M13/02
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發明公開一種行星齒輪箱復合故障特征提取方法，首先，測量并存儲行星齒輪箱振動信號；其次，構造多小波對稱提升框架，引入調控參數；然后，構建多重分形熵作為自適應匹配準則的評價指標，通過智能優化算法進行多小波的自適應構造，獲得與動態信號相匹配的多小波基函數；再經過冗余多小波變換分解；最后，計算每一頻段內的故障特征頻率處的相對能量比，獲得頻帶相對能量比柱狀圖，選擇故障敏感頻帶，進而識別和分離出復合故障。本發明能夠克服行星齒輪箱傳遞路徑復雜和工況噪聲影響，借助自適應多小波構造和敏感特征頻帶選擇，提取分離出行星齒輪箱內齒圈、行星輪和太陽輪早期故障特征。

技術領域

本發明涉及行星齒輪箱故障檢測技術領域，具體涉及一種行星齒輪箱復合故障特征提取方法。

背景技術

行星齒輪箱體積小、重量輕、傳動比大、效率高、承載能力強，也具有多力匯聚或單力分散的優點，廣泛應用于新能源汽車、風力發電機、航空航天、船舶等各個行業系統中。由于行星齒輪箱常在高速、重載和強沖擊等惡劣環境條件下運行，行星齒輪箱中太陽輪、行星輪和內齒圈等關鍵零部極易發生磨損、疲勞、斷齒和裂紋等多種故障，并進一步誘發其它故障，從而導致巨大經濟損失。因此，對行星齒輪箱的運行狀態進行監測并及時識別出其發生的故障，具有重要的工程意義。

行星齒輪箱包括太陽輪、行星輪和內齒圈，運行過程中太陽輪同時與多個行星輪嚙合，最容易發生疲勞和裂紋損傷。而行星齒輪箱中多對齒輪對同時嚙合，行星輪位置不斷變化導致齒輪對的嚙合力位置和方向的不斷改變，信號傳動路徑不斷變化，導致行星齒輪箱是一個結構簡單而故障機理和頻譜結構復雜的機械系統，其故障診斷問題與傳統定軸齒輪箱相比具有其自身的諸多特點和難點。目前傳統齒輪箱故障診斷理論與技術不能有效解決行星齒輪箱的裂紋識別所面臨的諸多難題。

針對行星齒輪箱故障診斷的特點與難點，需借助行之有效的故障診斷技術與方法，方可達到精確提取故障特征、準確定量診斷故障的目的。小波變換被譽為“數學顯微鏡”是處理非平穩信號中微弱特征提取的有力工具。其物理本質是探求信號中包含與“基函數”最相似或最相關的分量。然而它只有一個基函數，在故障匹配方面存在先天的不足，而多小波作為小波的新發展，它兼備單小波所不能同時具備的多種優良性質，并同時擁有多個時頻特征存在差異的基函數，使得多小波在裂紋微弱特征和多重復合特征提取方面具有顯著優勢。但固定的多小波基函數仍無法實現與行星齒輪傳動系統裂紋微弱或多重復合特征的最優匹配，限制了其在行星齒輪傳動系統裂紋特征提取的能力發揮。

發明內容

本發明所要解決的是傳統齒輪箱故障診斷方法不能有效解決行星齒輪箱的裂紋識別所面臨的問題，提供一種行星齒輪箱復合故障特征提取方法。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種行星齒輪箱復合故障特征提取方法，包括步驟如下：

步驟1、采用加速度振動傳感器拾取行星齒輪箱振動信號，該加速度傳感器安裝在待測行星齒輪箱輸入軸端蓋上；

步驟2、對采集到的振動信號進行多小波基函數的自適應構造；

步驟2.1、選定初始多小波以及用于修正多小波的其它小波基函數和多尺度函數的平移量，利用對稱條件和消失矩條件構造提升線性方程組，求解欠定條件下的線性方程組獲得提升系數，在此過程中引入可調控的自由參數，將提升系數代入提升系數方程并進行Z變換實現多小波的對稱提升，完成多小波基函數庫的構造；

步驟2.2、根據行星齒輪箱故障特征的結構特點，構造歸一化多重分形熵作為多小波基函數自適應優化過程中的評價指標，基于智能優化算法獲得與故障特征相適應的最優多小波基函數；

步驟3、采用最優多小波基函數對所采集的信號進行冗余多小波變換，獲得多個分解后的子頻帶；

步驟4、計算每個子頻帶的故障特征頻率處的相對能量比，將相對能量比較高的子頻帶作為復合故障特征所在的敏感子頻帶；