[发明专利]一种齿轮箱振动信号处理和分析方法

说明书

一种齿轮箱振动信号处理和分析方法，包括：同步采集参考轴转速信号、参考轴振动信号和非参考轴振动信号；由参考轴转速信号识别转速脉冲沿，计算每两个脉冲之间的瞬时转速，同时对脉冲沿时间序列进行插值计算，得到等角度采样时间序列；对参考轴振动信号进行抗混滤波，再由等角度采样时间序列对参考轴振动信号进行插值采样，得到参考轴等角度振动信号；由参考轴脉冲沿时间序列得到非参考轴虚拟的脉冲沿时间序列，经过瞬时转速计算、等角度采样时间序列计算、数字抗混叠滤波和数字重采样，得到非参考轴振动信号的等角度波形。本发明非常适合齿轮箱内部中间轴、行星轮轴和太阳轮轴振动信号的分析、故障特征提取和诊断，以及任何多轴系转动机械系统。

技术领域

本发明属于齿轮箱振动信号分析和故障诊断领域，具体涉及一种基于齿轮箱内部不可见的转轴进行角域等角度采样和故障分析的方法。

背景技术

齿轮箱是一种重要的传动设备，具有结构紧凑，变扭矩，变转速，效率高等特点，广泛应用于航空、电力、船舶、矿山、汽车等领域。对于定轴齿轮箱，所有齿轮的几何轴线位置是固定的，结构比较简单，行星齿轮箱轴系结构复杂，行星轮、太阳轮、内齿圈多点啮合，啮合位置不断变动，行星轮沿自身轮轴做自转，同时又跟随行星架绕太阳轮轴做公转，振动信号传递路径长。

阶比分析是转动设备振动信号分析和故障诊断的一种非常有效分析方法。精确的阶比分析需要同时在转轴上安装键相传感器和振动传感器，同步采集键相脉冲信号和振动信号，采用计算阶比跟踪技术（Computed Order Tracking）将采集的等时间间隔振动信号转换为等角度角域信号，然后应用FFT得到振动信号阶比谱，进而根据各种故障的阶比谱特征进行分析诊断。

对于定轴齿轮箱或者行星齿轮箱，转速传感器只能安装在齿轮箱的输入或者输出轴上，无法跟踪内部的中间轴、行星轮轴、太阳轮轴，对其进行阶比跟踪采样，虽然可以根据这些转轴与输入或者输出轴的转速比，得到相应的阶比频谱，但是无法得到准确的等角度采样波形数据，因而也无法应用时域同步平均技术等一些非常有效的信号分析方法，对行星轮振动、太阳轮轴振动信号进行分析和故障诊断。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种齿轮箱振动信号处理和分析方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种齿轮箱振动信号处理和分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使用多通道高速同步采集卡，同步采集参考轴转速信号、参考轴振动信号和非参考轴振动信号；

步骤二、由参考轴转速信号识别转速脉冲沿，自动计算每一个脉冲沿到达的时间，计算每两个脉冲之间的瞬时转速，同时对脉冲沿时间序列进行插值计算，得到等角度采样时间序列，即相对于参考轴的等角度采样序列；

步骤三、对参考轴振动信号进行数字抗混叠滤波处理，再由等角度采样时间序列对参考轴振动信号进行插值采样，得到参考轴等角度振动信号；

步骤四、由参考轴脉冲沿时间序列，使用插值滤波器对其进行升采样，再使用抽取滤波器进行降采样，得到非参考轴虚拟的脉冲沿时间序列，经过瞬时转速计算、等角度采样时间序列计算、数字抗混叠滤波和数字重采样，得到非参考轴振动信号的等角度波形。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述步骤一中，通过转速测量传感器采集参考轴转速信号，转速测量传感器使用电涡流传感器或者光电传感器；通过加速度传感器测量参考轴振动信号和非参考轴振动信号。