[发明专利]一种基于频域多点峭度的滚动轴承故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于频域多点峭度的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过振动加速度传感器分别采集正常轴承、外圈故障轴承、内圈故障轴承原始振动信号，然后对原始振动信号用形态学滤波进行预处理，设f(n)为原始振动信号，g(m)为一维结构元素，选择长度M＝5、幅值H＝1的三角形结构元素，则g＝(0,0.5,1,0.5,0)；定义域分别为F＝(0,1,…,N-1)和G＝(0,1,…,M-1),且N＞＞M，则f(n)关于g(m)的腐蚀、膨胀、开算子、闭算子分别定义为：

(fΘg)(n)＝min[f(n+m)-g(m)]

选择开闭-闭开组合形态算子CMF作为形态滤波算子，表达式如下：

式中：f—原始振动信号；g—三角形结构元素；

步骤2：对预处理后的原始振动信号进行角度域重采样，作角度域信号的包络谱，最大分析阶次计算公式为：

a_f＝f_s/(f_n/60)

式中：f_s—采样频率(Hz)；f_n—转速(r/min)；a_f—最大分析阶次；

步骤3：输入轴承故障阶次，用频域多点峭度的方法构造目标向量t_n，对角度域信号的包络谱进行目标阶次信号的提取；

目标向量的脉冲间隔由轴承外圈、内圈、保持架、滚动体对应故障阶次确定，根据输入的轴承故障阶次构造目标向量t_n，设置一个自适应的阶次搜索方法，使输入的阶次正好在包络谱中突出的谱线上或附近；

步骤4：计算目标阶次信号的频域多点峭度MK，计算公式如下：

式中：s_n—信号的包络谱幅值；t_n—目标向量；N—信号包络谱的数据点数；

步骤5：计算前六阶目标阶次幅值信号的均方根值，计算公式如下：

式中:N′—前六阶数据点数；m′—目标阶次前后点数；X_i—为前六阶信号幅值；

步骤6：根据频域多点峭度MK和均方根比值RMS两个指标判断轴承故障，用频域多点峭度MK来描述目标阶次所含冲击分量的大小，如果频域多点峭度值大于500，则相应的目标阶次在包络谱中的谱线也会突出；用均方根比值RMS即各阶次对应的均方根值之比，评价前六阶阶次幅值的能量大小，如果均方根比值大于等于2.5，则认为是轴承故障阶次，相反，均方根比值小于2.5，认为轴承正常或该阶次处无轴承故障；根据输入轴承外圈、内圈、滚动体、保持架的故障特征阶次，计算各故障阶次对应的频域多点峭度和均方根比值，当频域多点峭度和均方根比值最大且超过设定阈值时，其对应的阶次即为故障阶次，从而实现轴承故障的识别和定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于频域多点峭度的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤3中所述的自适应的阶次搜索方法，具体步骤如下：

1)输入计算的故障特征阶次；

2)根据输入的故障特征阶次，选择一个阶次搜索偏差范围，确定对应阶次的位置区间，取值范围在6×轴承故障阶次％；

3)选取位置区间中幅值最大的阶次，即真实的输入阶次；

4)根据得到的真实输入阶次确定了目标向量的脉冲间隔，构造目标向量时在目标阶次前后各选取m′个点，选取点数m′由如下公式确定，

式中：A取值范围0.2～1；N—信号包络谱的数据点数；

从而得到最终的目标向量，其表达式如下：

式中：L-滤波器长度，取500或1000。