[发明专利]变工况计算阶次跟踪与谱峭度结合的轴承故障诊断方法

权利要求书

1.一种变工况计算阶次跟踪与谱峭度结合的轴承故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对滚动轴承振动信号进行树状分解滤波，得到各频带的信号根据各频带的信号计算谱峭度，并绘制谱峭度图，得到滤波最优带宽的中心频率f_c和最优带宽B_w；

2)根据步骤1)得到的滤波最优带宽B_w对滚动轴承振动信号进行带通滤波，选用属于无限冲击响应滤波器的椭圆滤波器，使用MATLAB的滤波器设计工具对滚动轴承振动信号进行滤波，对滤波后的信号进行Hilbert变换，包络解调得到含有故障冲击的包络信号；

3)设定转速脉冲阈值，得到振动信号脉冲发生时刻t_n′，解出角度域时间二次方程系数，设定最大分析阶次O_max，则根据角域采样定理，角域采样率fs_angle＝2×O_max，采样间隔角度Δθ＝2π/fs_angle，得到等角度采样时刻t，按照等角度采样时刻t，对步骤2)中得到的包络信号进行插值拟合，得到横轴为角度，纵轴为振动信号幅值的角域平稳信号；

4)对步骤3)中的角域平稳信号进行FFT变换，设定的采样频率为域采样率fs_angle，得到阶次谱，对照轴承故障特征阶次，与阶次谱中的主要阶次成分，得出故障诊断结论。

2.根据权利要求1所述的变工况计算阶次跟踪与谱峭度结合的轴承故障诊断方法，其特征在于，步骤1)包括：

(1)建立截止频率为1/8的低通滤波器h(n)，在低通滤波器h(n)的基础上建立准解析滤波器，其中准解析滤波器中的准解析低通滤波器归一化分析频带为[0,1/4]，准解析高通滤波器归一化分析频带[1/4，1/2]，公式如下：

其中，h₀(n)为准解析低通滤波器；h₁(n)为准解析高通滤波器；j为虚数单位；n为振动信号长度；

(2)对滚动轴承振动信号信号以准解析低通滤波器h₀(n)和准解析高通滤波器h₁(n)进行低通和高通滤波，为了保证滤波器中的数据长度与原始数据相同，对滤波后的结果进行2倍降采样，对原信号进行k级分解，公式如下：

其中，为第k层第i个滤波器的输出结果，i的取值范围是0到2^k-1；也看作是以f_i＝(i+2^-1)2^k-1为中心频率，以Δf_k＝2^k-1为带宽的信号复包络结果；m为降采样后的滤波器序数，2m＝n；

(3)计算各输出信号谱峭度K(f_i,Δf_k)：

将谱峭度值用色彩深度量化，绘制快速谱峭度图；

(4)当K(f_i,Δf_k)达到最大值时获得对应的中心频率f_c、最优带宽B_w、以及包络结果c₀(n)：

[f_c,B_w,c₀(n)]＝argmax{K(f_i,Δf_k)}

argmax表示当K(f_i,Δf_k)取最大值时所对应的滤波最优带宽的自变量参数中心频率f_c、最优带宽B_w以及包络结果c₀(n)。