[发明专利]一种齿轮局部故障诊断方法及系统

权利要求书

1.一种齿轮局部故障诊断方法，其特征在于：包括：

信号采集步骤，通过压电式振动加速度传感器获取故障齿轮振动信号，以及通过电涡流位移传感器获取故障齿轮所在轴的转速脉冲信号；

频域滤波步骤，对信号采集步骤获得的故障齿轮振动信号进行带通滤波降噪处理；

谱峭度计算步骤，计算初步降噪的故障齿轮振动信号的最优共振频带{f_o,B_o}，f_o为最优共振频率，B_o为最优带宽；

角域同步平均步骤，将频域滤波步骤所得到的初步降噪的故障齿轮振动信号转化为到角域并进行平均处理得到平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)；

特征信号提取步骤，利用谱峭度计算步骤所得到的最优共振频带，将平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)中的最优共振频带以外的信号成分去除，保留最优共振频带内的信号成分，获得故障齿轮故障特征信号y^A(θ)；

解调步骤，利用包络分析和相位计算对特征信号提取步骤所得到的故障齿轮故障特征信号y^A(θ)进行解调分析；

所述解调步骤具体为：以最优共振频率f_o作为载频，将故障齿轮故障特征信号y^A(θ)的最优共振频带中心平移至原点，即去掉载波，得到平移后故障齿轮故障特征信号y^A-shift(θ)，其算法如下式所示：

y^A-shift(θ)＝y^A(θ)exp(-j2πf_oθ)

式中：y^A(θ)故障齿轮故障特征信号，y^A-shift(θ)为平移后故障齿轮故障特征信号，f_o为最优共振频率，j为虚数单位；

然后对y^A-shift(θ)进行FFT变换转换到阶比域，将负半轴的频率成分全部置零，再对剩余谱线进行IFFT得到一个复信号；对这个复信号其进行包络分析得幅值调制信号A(θ)，计算其相位即得相位调制信号P(θ)；结合幅值和相位调制信号可判断齿轮的故障程度及其位置。

2.根据权利要求1所述的齿轮局部故障诊断方法，其特征在于：所述频域滤波步骤具体为：首先将故障齿轮振动信号通过FFT变换到频域，然后将分析频带以外的谱线全部置零，再进行IFFT变换得到初步降噪的故障齿轮振动信号。

3.根据权利要求1所述的齿轮局部故障诊断方法，其特征在于：所述谱峭度计算步骤具体为：在通过频域滤波步骤获得所述初步降噪的故障齿轮振动信号后，采用快速谱峭度图对其进行计算可得到共振频带{f_c,B_c}，f_c为共振频率，B_c为带宽；使用幅值最大搜索法搜索共振频带{f_c,B_c}内最大幅值谱线对应的频率即为最优共振频率f_o，B_o则可取B_o＝B_c。

4.根据权利要求1所述的齿轮局部故障诊断方法，其特征在于：所述角域同步平均步骤具体为：根据转速脉冲信号可计算得到转速曲线，根据转速曲线将等时间间隔采样的初步降噪的故障齿轮振动信号转化为等角度间隔采样的角域故障齿轮振动信号，然后将角域故障齿轮振动信号按照整周期分段相加取均值即实现了角域同步平均，得到平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)，θ为转轴转角。

5.根据权利要求1所述的齿轮局部故障诊断方法，其特征在于：所述特征信号提取步骤具体为：根据获得的最优共振频率f_o和最优带宽B_o，首先将其变换为阶比表示，然后将角域同步平均步骤所得的平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)通过FFT计算转换到阶比域，根据以阶比表示的最优共振频带，将最优共振频带外的谱线全部置零，然后将剩余的谱线进行IFFT变换即可分离出故障齿轮故障特征信号y^A(θ)。

6.一种采用权利要求1所述方法构建的齿轮局部故障诊断系统，其特征在于：包括：

信号采集模块，用于通过压电式振动加速度传感器获取故障齿轮振动信号，以及通过电涡流位移传感器获取故障齿轮所在轴的转速脉冲信号；

频域滤波模块，用于对信号采集模块获得的故障齿轮振动信号进行带通滤波降噪处理；

谱峭度计算模块，用于计算初步降噪的故障齿轮振动信号的最优共振频带{f_o,B_o}，f_o为最优共振频率，B_o为最优带宽；

角域同步平均模块，用于将频域滤波模块所得到的初步降噪的故障齿轮振动信号转化为到角域并进行平均处理得到平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)；

特征信号提取模块，用于利用谱峭度计算模块所得到的最优共振频带，将平均后的角域故障齿轮振动信号y(θ)中的最优共振频带以外的信号成分去除，保留最优共振频带内的信号成分，获得故障齿轮故障特征信号y^A(θ)；

解调模块，用于利用包络分析和相位计算对特征信号提取模块所得到的故障齿轮故障特征信号y^A(θ)进行解调分析。