基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法
【專利摘要】基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法，屬于故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，該方法包括：1、利用加速度傳感器對擺線錐齒輪副進行測量，采集加速度振動信號作為待分析信號；2、將采集的信號導入Matlab中，得到原始信號，利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)方法將原始信號分解為一系列固有模態(tài)函數(shù)(IMF)分量；3、對前幾階固有模態(tài)函數(shù)分量進行倒頻譜分析，得到其幅值倒頻譜；4、采用Matlab軟件的繪圖工具繪制出幅值倒頻譜圖，根據(jù)倒頻譜圖中幅值的分布，提取故障特征信息。本發(fā)明方能夠運用于擺線錐齒輪的故障診斷中，并能準確地提取出故障特征頻率。本發(fā)明為擺線錐齒輪的故障診斷提供了新方法，且為其他旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)提供了有效借鑒。
【專利說明】基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]擺線錐齒輪作為重型車銑復(fù)合數(shù)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(fù)雜曲面，因此擺線錐齒輪經(jīng)常在振動、沖擊、變載荷、頻繁換向等非穩(wěn)態(tài)工況下工作，會產(chǎn)生點蝕、磨損、崩裂甚至斷齒等故障。故障狀態(tài)又直接影響了擺角銑頭的性能，導致數(shù)控機床加工出的零件不合格或整臺機床停運，甚至產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，嚴重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此，研究擺線錐齒輪的故障診斷技術(shù)及方法，盡早發(fā)現(xiàn)并及時消除故障對于保障機床設(shè)備安全、避免事故和巨額經(jīng)濟損失及提高設(shè)備使用性能，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
[0003]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(shù)及方法。本發(fā)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(jù)經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)方法及倒頻譜分析方法，提出了一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與倒頻譜的擺線錐齒輪故障診斷方法，該發(fā)明方法能夠準確提取出擺線錐齒輪的故障信息，實現(xiàn)擺線錐齒輪的故障診斷。本發(fā)明方法不僅能達到擺線錐齒輪狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的目的，且為其他旋轉(zhuǎn)機械復(fù)合故障診斷技術(shù)提供了有效借鑒。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)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(fā)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(zhuǎn)機械復(fù)合故障診斷技術(shù)提供了有效借鑒。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的:
[0006]基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)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:
[0007]SI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；
[0008]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(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法將原始信號進行分解，得到一系列固有模態(tài)函數(shù)IMF分量；
[0009]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(luò)線，同樣連接所有的極小值點形成X (t)的下包絡(luò)線，上下包絡(luò)線應(yīng)該包絡(luò)所有的數(shù)據(jù)點；記上下包絡(luò)線的平均值為Hl1U),并計算X(t)和!111(0的差值Mt),得到:
[0010]Ii1 (t) = X (t) -Hi1 (t)；[0011]S2.2.對于不同的原始信號x(t)，hjt)可能滿足固有模態(tài)函數(shù)MF的條件，也可能不滿足；若不滿足IMF條件，此時將Ill (t)作為原始信號，重復(fù)步驟S2.1得到Ill (t)的分解步驟，得到:
[0012]hn(t) = K1 (t) -mn (t)
[0013]其中，mn(t)為匕⑴的上、下包絡(luò)線均值；
[0014]S2.3.如果hn (t)不滿足MF的條件，則分解繼續(xù)，重復(fù)上述步驟2.1中的分解k次’得..[0015]hlk(t) = hi Q5^1) (t)-mlk(t)
[0016]S2.4.判定hlk(t)是否為一個MF分量，必須要有分解終止準則，它可以定義為連續(xù)兩個分解結(jié)果之間的標準差SD值:
【權(quán)利要求】
1.基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)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: Si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(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法將原始信號進行分解，得到一系列固有模態(tài)函數(shù)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(luò)線，同樣連接所有的極小值點形成x(t)的下包絡(luò)線，上下包絡(luò)線應(yīng)該包絡(luò)所有的數(shù)據(jù)點；記上下包絡(luò)線的平均值為Hl1U),并計算X(t)和!111(0的差值Ii1 (t)，得到:
hi (t) = X (t) -1ii1 (t)； S2.2.對于不同的原始信號XUhh1(t)可能滿足固有模態(tài)函數(shù)IMF的條件，也可能不滿足；若不滿足MF條件，此時將Ill (t)作為原始信號，重復(fù)步驟S2.1得到Ill (t)的分解步驟，得到:
hn(t) = hi (t)-mn(t) 其中，mn(t) Sh1U)的上、下包絡(luò)線均值； S2.3.如果hn(t)不滿足MF的條件，則分解繼續(xù)，重復(fù)上述步驟2.1中的分解k次，得:
hik(t) = Ii1(H) (t)-mlk(t) S2.4.判定hlk(t)是否為一個MF分量，必須要有分解終止準則，它可以定義為連續(xù)兩個分解結(jié)果之間的標準差SD值:
【文檔編號】G01M13/02GK104006961SQ201410181013
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】楊文通, 羅兵, 劉志峰, 湛承鵬 申請人:北京工業(yè)大學