[发明专利]一种基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法

权利要求书

1.一种基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：耦合频响函数的原位测量；

步骤2：被动件频率函数的虚拟解耦；

步骤3：界面轴承力辨识；

步骤4：传递路径贡献度分析；

步骤4.1：计算不同频段下的传递路径贡献度；

步骤4.2：定位故障敏感频段；

步骤4.3：确定特定故障的路径贡献度；

步骤5：故障溯源与故障特征增强；

步骤5.1：基于路径分析的故障溯源；

步骤5.2：基于路径分析的故障特征增强；

其中，

所述步骤1中的所述耦合频响函数是指在齿轮、传动轴等部件处于安装状态时的频响函数，通过锤击法进行所述耦合频响函数的原位测量，获取从轴承座到齿轮箱箱体测点之间的所述耦合频响函数；

所述步骤2中的所述被动件为齿轮箱，通过虚拟解耦算法实现所述齿轮箱解耦频响函数原位测量的方法。

2.如权利要求1所述的基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，所述虚拟解耦算法具体为：

在界面的转子侧施加单位力时，界面处弹簧的变形量可以表示频响函数的形式：

矩阵ΔX_r的维度为n×n(n为传递路径的数目)，矩阵的第i列表示在第i个转子侧界面节点施加单位力时界面弹簧的变形，式中上标c代表耦合频响函数，下标r和h分别表示转子侧和箱体侧，值得注意的是，后续的虚拟解耦和轴承界面力辨识均是在频域内进行的，在后续推导中，为了使式子简洁，将忽略ω这一代表频率的自变量，转子侧界面节点与测点之间的耦合频响函数为：

式中下标m代表测点，上标d代表解耦频响函数，界面动刚度矩阵可以表示为：

K_b＝diag(k₁ k₂…k_i…k_n)              (3)

式中k_i为第i个界面弹簧的动刚度，箱体侧界面节点与测点之间的传递率矩阵可以表示为：

与公式(1)类似，在界面的箱体侧施加单位力时，界面处弹簧的变形量可以表示为：

测点响应可以分解为如下两部分：

箱体侧界面节点与测点之间的耦合频响函数为：

将公式(4)代入公式(7)，可以推导得到箱体侧界面节点与测点之间的解耦频响函数：

3.如权利要求1所述的基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，在步骤3中，对箱体的解耦频响做奇异值分解可得：

利用Tikhonov正则化方法辨识轴承力：

利用广义交叉验证法获得正则化参数λ，广义正则化函数可以表示为：

式中m为测点的个数，C(λ)的表达式为：

当广义正则化函数取最小值时，所对应的λ为最佳正则化参数，当最佳正则化参数确定之后，可用公式(10)计算轴承力的辨识结果。

4.如权利要求1所述的基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，在步骤4.1中，箱体测点的振动响应a_m可用箱体解耦频响与轴承力向量相乘的形式表达：

式中c_i为第i条传递路径的绝对贡献度：

5.如权利要求1所述的基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，在步骤4.2中，对齿轮箱箱体测点的加速度振动响应信号进行谱峭度分析，利用快速谱峭度算法定位蕴藏最丰富故障信息的所述故障敏感频段。

6.如权利要求1所述的基于原位测量的传递路径分析与齿轮故障溯源方法，其特征在于，在步骤4.3中，对所述故障敏感频段内的路径贡献度进行求和，获得特定故障所对应的所述路径贡献度。