[发明专利]一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法

权利要求书

1.一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集变转速齿轮箱振动信号；

(2)对变转速齿轮箱振动信号进行时频分析，得到信号时频图，根据信号时频图获取时频脊线；对变转速齿轮箱振动信号采用参数傅里叶变换进行时频分析，得到信号时频图，根据信号时频图利用峰值搜索法获取时频脊线；

(3)对时频脊线进行轨迹优化，得到解调算子，将解调算子进行时频分析，得到信号时频图，根据信号时频图获取新的时频脊线；

(4)重复步骤(2)至步骤(3)，直至前后两次得到的瞬时频率估计值的欧氏距离小于或等于预设极限，得到精细化提取的时频脊线；解调算子通过以下过程得到：

将时频脊线离散点作为训练数据输入高斯过程模型中，训练高斯回归模型；

将训练好的高斯回归模型重新作用于时频脊线离散点，得到瞬时频率估计结果，对瞬时频率估计结果通过积分运算得到相位函数，对相位函数求导数，得到解调算子；

(5)根据精细化提取的时频脊线，采用Vold-Kalman滤波器对转频谐波的时域波形进行提取，获得转频瞬时相位；

(6)根据变转速齿轮箱振动信号采用自适应构造理论构造自适应多小波，并利用多小波对信号进行多小波包分解，得到分解频带，然后计算每个分解频带的谱指标值，选择谱指标值最大的分解频带作为故障敏感频带；将转频瞬时相位与故障敏感频带进行阶次变换，提取故障特征阶次，完成变转速下齿轮箱故障诊断。

2.根据权利要求1所述的一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，参数短时傅里叶变换的公式为：

其中，t为时间，ω为频率，为解调算子，为所分析信号的相位函数，为所分析信号在时刻t的瞬时频率，i为虚数标志，u为自变量。

3.根据权利要求1所述的一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，步骤(4)中，欧氏距离公式如下：

其中，ε为瞬时频率估计值的欧氏距离，n为估计瞬时频率的点数，E_i,k为第k次迭代得到瞬时频率估计值的第i个点的数值，E_i,k-1为第k-1次迭代得到的瞬时频率估计值的第i个点的数值。

4.根据权利要求1所述的一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，步骤(5)的具体过程为：将根据精细化提取的转频脊线作为Vold-Kalman滤波器的中心频率；然后采用Hilbert变换方法，通过相位解卷积，得到转频瞬时相位。

5.根据权利要求1所述的一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，步骤(6)中分解频带通过以下过程得到：

根据变转速齿轮箱振动信号采用自适应构造理论构造多小波，采用遗传算法更新多小波参数，直至得到最优多小波参数，从而确定最优多小波；根据最优多小波，对振动信号进行多小波包分解，得到分解频带。

6.根据权利要求5所述的一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，其特征在于，遗传算法的目标函数K如下：

其中，K_p为峭度指标，x为振动信号，p(x)为振动信号的概率密度函数，E_f为包络谱熵，其中p_i为振动信号包络谱值的概率。