[发明专利]一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法

权利要求书

1.一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：用磁电式转速传感器采集齿轮箱运行过程中的信号s(t)，其中t代表时间；确认待分析齿轮副主动轮齿数z₁、从动轮齿数z₂、输入轴齿圈齿数n₁和输出轴齿圈齿数n₂，齿圈齿数满足n₁,n₂＞z₁,z₂，以主动轮旋转周期为1阶，计算输入轴齿圈齿通过阶次f_c1、齿轮啮合阶次f_m1、主动轮转频f_z1和从动轮转频f_z2；

步骤2：设计一个以输入轴齿圈齿通过频率f_z1·f_c为中心频率，滤波带宽为0.5f_z1的滤波器H(f)；对步骤1中信号s(t)进行滤波，得到信号s_k(t)；滤波器H(f)频响函数的表达式如下：

式中f_c1为输入轴齿圈齿通过阶次，f_z1为主动轮转频；

步骤3：统计信号s_k(t)过零点次数，记录信号s_k(t)中每n个过零点位置，生成时标信号k(t)；

步骤4：利用步骤3得到的时标信号k(t)对步骤1的信号s(t)进行角度域重采样，得到角度域信号s(a)，其中a代表角度；

步骤5：使用复解析解调，对步骤4得到的角度域信号s(a)进行解调，得到信号q₁(a)，解调的中心阶次取输入轴齿圈齿通过阶次f_c1，解调的阶次取f_c1±i,f_c1±f_m1±i,式中f_m1为齿轮啮合阶次，i＝1,2,3；

步骤6：设计一个滤波器带宽为f_m1-3.5阶的低通滤波器H₁(a)，对步骤5得到的信号q₁(a)进行低通滤波，得到信号q_1d(a)，并计算信号q_1d(a)的均方根值rms_q1；低通滤波器H₁(a)的频响函数表达式为：

式中f_m1为齿轮啮合阶次；

步骤1-6中的信号s(t)、信号s_k(t)、时标信号k(t)、角度域信号s(a)、信号q₁(a)和信号q_1d(a)为基准数据；

步骤7：重复步骤1-步骤6，采集20组数据，计算20组数据rms_q1的平均数，设置为基准值K；

步骤8：再重复步骤1-步骤6，直至新采集数据rms_q1值高于2倍基准值K，确认齿轮箱状态出现退化；

步骤9：使用复解析解调，对步骤5中获得的信号q₁(a)进行解调，得到信号q₂(a)，解调的中心阶次取齿轮啮合阶次f_m1，解调的阶次取f_m1±i，式中f_m1为齿轮啮合阶次，i＝1,2,3；计算信号q₂(a)的均方根值rms_q2；

步骤10：在齿轮退化后数据中寻找齿轮系统固有频率f_g，设计以n·f_z1+f_g为中心频率，带宽为5f_z的滤波器H₂(a)，对基准数据与退化后的步骤1中信号s(t)进行滤波，得到信号q₃(t)，计算信号q₃(t)的均方根值rms_q3；

步骤11：对比基准数据与齿轮退化后数据rms_q2和rms_q3值，判断主动轮是否存在故障；

步骤12：以从动轮旋转周期为1阶，计算输出轴齿圈齿通过阶次f_c2，齿轮啮合阶次f_m2，重复步骤1-步骤11，判断从动轮是否存在故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法，其特征在于：所述的步骤11中，若退化后数据rms_q2值出现趋势性变化，rms_q3值没有出现趋势性变化，判断齿轮存在裂纹故障；退化后数据rms_q3值出现趋势性变化，rms_q2值没有出现趋势性变化，判断齿轮存在剥落故障；若退化后数据rms_q2值和rms_q3值均出现趋势性变化，判断齿轮既存在裂纹故障，又存在剥落故障；若退化后数据rms_q2和rms_q3值均未出现趋势性变化，判断齿轮箱存在其他与轴有关的故障。