[发明专利]基于振动信息解调分析的滚动轴承打滑率评估方法

说明书

本发明提供了一种基于振动信息解调分析的滚动轴承打滑率评估方法，利用振动传感器采集高频振动信号，同时利用键相传感器同步采集键相信号，通过希尔伯特变换得到原始信号的包络解调信号，再利用键相信息对包络解调信号进行线性等角度插值，通过设置窄带滤波器获得窄带冲击的包络信号，并计算其相位，利用窄带冲击包络信号的相位计算等价的参考轴相位与转速，利用等价的参考轴相位再次进行包络阶次谱分析，并且利用等价的参考轴转速计算轴承的打滑率，本发明既能够有效抑制打滑导致的阶次迁移与模糊现象，增强故障特征，又能估计轴承打滑率，且评估精度高。

技术领域

本发明涉及机械故障诊断技术领域，特别涉及一种基于振动信息解调分析的滚动轴承打滑率评估方法。

背景技术

随着高铁以及高性能航空发动机的不断列装，高速、大过载滚动轴承的应用越来越多，由此产生的滚动轴承的打滑现象越来越严重，尤其是在变转速、变负载的复杂工况下。其中，动力学模型能够在考虑主要影响因素的情况下，通过对滚动轴承各主要配件运动方程的求解，估计轴承的打滑率，因此被广泛应用。然而评估精度一直是困扰动力学模型分析打滑率的一个主要因素，除此之外，针对已经服役的滚动轴承，是否会发生打滑以及打滑后的严重程度仍缺少一种有效的评估手段。

振动分析作为一种开展滚动轴承故障诊断的有效方法，被广泛关注。然而振动分析多利用故障冲击信号在时域或者角度域的周期性展开故障特征的增强和提取，如MCKD技术、阶次跟踪技术、Kurtogram等。当轴承在非平稳工况下发生打滑时，故障冲击信号在时域以及角度域均不具有良好的周期性，而且故障特征会明显衰减，使得基于周期性特征提取的故障诊断方法难以有效开展。

此外，滚动轴承保持架作为滚动轴承的重要组成部分，起到了隔开滚动体并保证滚动体正常滚动的作用，其动力来源于滚动体的公转。由于滚动轴承封闭的结构，滚动轴承保持架的运动过程难以直接测量，因此基于滚动轴承保持架转速定义的打滑率，也难以有效计算。轴承发生打滑后，保持架的转速会偏离理论转速，如何有效估计保持架的转速，成为了计算打滑率的主要难题。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。

一种基于振动信息解调分析的滚动轴承打滑率评估方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，将滚动轴承外圈固定且内圈随参考轴转动，利用振动传感器采集高频振动信号作为原始信号y(t)，同时利用键相传感器同步采集键相信号，利用键相信号计算参考轴的转速v(t)和相位θ(t)；

步骤S2，对原始信号y(t)进行解调得到包络信号y_h(t)，基于参考轴的转速信号v(t)、相位信号θ(t)和包络信号y_h(t)计算可疑故障冲击信号的窄带滤波信号y_nb(θ(t))及其对应的瞬时相位θ_nb(t)；

步骤S3，利用窄带滤波信号y_nb(θ(t))所对应的瞬时相位θ_nb(t)计算等价的参考轴相位

步骤S4，利用等价的参考轴相位计算等价参考轴转速然后基于等价参考轴转速和利用键相信号计算的参考轴转速v(t)计算轴承的打滑率S_c。

更进一步地，所述滚动轴承为机车滚动轴承。

更进一步地，所述机车滚动轴承为圆锥滚子轴承，轴承的节径为183.929mm，轴承滚子个数为19，轴承滚子半径为26mm以及接触角10°。

更进一步地，所述原始信号y(t)为连续采集20秒的振动信号。

更进一步地，所述基于参考轴的转速信号v(t)、相位信号θ(t)和包络信号y_h(t)计算可疑故障冲击信号的窄带滤波信号y_nb(θ(t))及其对应的瞬时相位θ_nb(t)的操作为：