[發明專利]一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法

有效

• 申請號: 202110851915.3
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113588267B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 周昕;李夢梅;陶文堅;李連玉;熊虎山;吉勇
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;G06F17/14;G06K9/00;H03H17/02
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹玉

1.一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S100：采用數字濾波器對電主軸的振動信號x(t)進行帶通濾波，消除低頻和高頻分量對頻譜分析過程的干擾；

步驟S200：讀取并驗證電主軸轉頻f_r，在指定的頻譜區間進行最大值搜索，確定基頻f_b，并通過電主軸的振動信號的諧波頻率信息對基頻f_b進行修正；

步驟S300：電主軸軸承接觸角為15°或25°，以此為基礎構建比例因子λ的候選集Θ＝{θ_15°,θ_25°}，通過計算和邏輯判定確定比例因子λ；

步驟S400：定義調制系數ρ，指定中心調制頻率f_c和載波頻率f_e，在頻譜上滑動計算形成調制系數序列P^(κ),κ＝1,2，繪制P^(κ)莖葉圖構建索引序號構成集合I，J，則滾子數量Z＝I∩J；

步驟S500：粗估軸徑d_est，以比例因子λ和滾子數量Z為約束條件查閱軸承手冊，確定軸承外徑D和內徑d；

在步驟S300中，計算主軸軸承比例因子λ：

構建比例因子λ候選集Θ＝{θ_15°,θ_25°}，其中θ_τ通過下式計算獲得：

若|round(θ_15°)-θ_15°|≤|round(θ_25°)-θ_25°|，則比例因子λ＝round(θ_15°)，反之λ＝round(θ_25°)；

在步驟S400中，計算主軸軸承滾子數量Z：

步驟S401：定義調制系數ρ：

ρ＝sigδ(f)·X(f) (2)

其中，

為有界非線性變換函數；

其中：f_c為中心調制頻率；f_e為載波頻率；

步驟S402：分別取(f_c,f_e)＝(if_b,f_r)和(jf_r-jf_b,f_r)，依次取i＝1,2,…,50和j＝1,2,…,35在X(f)上滑動計算調制系數序列

步驟S403：繪制P⁽¹⁾和P⁽²⁾序列的莖葉圖并識別局部極值，以極值對應的索引序號構成集合I，J，則Z＝I∩J；

步驟S404：由幾何關系推導軸承比例因子λ與滾子數上限Z_max之間的明確數量關系為Z_max＝floor(λπ)，計算并驗證ZZ_max。

2.根據權利要求1所述的一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法，其特征在于，在步驟S100中，通過傳感器采集電主軸空運行、穩態的振動信號x(t)，獲取轉頻f_r；傳感器的采集位置為電主軸前端軸承外殼。

3.根據權利要求2所述的一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法，其特征在于，采用數字濾波器對振動信號x(t)進行帶通濾波的濾波通帶為[10,20f_r]。

4.根據權利要求1所述的一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法，其特征在于，在步驟S200中，FFT變換獲取穩態振動信號x(t)的幅值譜X(f)，并根據諧波頻率信息驗證轉頻f_r；在[0.4f_r,0.47f_r]區間內搜索局部最大值確定基頻f_b。

5.根據權利要求4所述的一種基于振動譜分析的電主軸軸承結構參數推斷方法，其特征在于，在步驟S200中，利用諧波頻率信息對f_b進行匹配修正：計算nf_b,n＝1,2,…,10，檢查X(f)序列是否存在局部極值落在nf_b的小鄰域范圍內([nf_b-nf_Δ,nf_b+nf_Δ]，f_Δ為頻譜分辨率，若超出范圍，以該極值頻率f_m對f_b進行修正f_b＝f_m/n。