[发明专利]齿轮箱瞬变工况特征分量循频提取方法

摘要

本发明公开了一种齿轮箱瞬变工况特征分量循频提取方法。本发明以原始采样间隔对特征分量频率曲线插值，在多尺度区间内对插值后频率曲线进行拟合确定线性调频基函数，计算各区间内振动信号对该基函数的投影系数，逐尺度搜索投影系数确定线性分段路径，按照该路径将频率呈曲线任意变化的振动信号自适应分段成若干尺度不同的频率近线性变化的信号段；对各段频率曲线进行最小二乘拟合，确定计算FRFT滤波阶次和滤波中心参数，根据该参数对各段信号依次进行FRFT单阶滤波，再顺序连接滤波信号，从而循频提取出频率呈曲线变化的特征分量。本发明方法能自适应地循频提取出特征分量，提取过程能有效剥离其他分量和噪声干扰，对提取后特征分量进行细致分析，能更准确诊断出齿轮箱早期微弱故障。

主权项

一种齿轮箱瞬变工况特征分量循频提取方法，其特征是：根据信号点数划分多尺度区间，以原始采样间隔对特征分量频率曲线插值，在多尺度区间内对插值后频率曲线进行拟合确定线性调频基函数，计算各多尺度区间内振动信号对该基函数的投影系数，逐尺度搜索投影系数确定线性多尺度分段路径，按照该路径将频率呈曲线任意变化的振动信号自适应分段成若干尺度不同的频率近线性变化的信号段；对各段频率曲线进行最小二乘拟合，确定计算FRFT滤波阶次和滤波中心参数，根据该参数对各段信号依次进行FRFT单阶滤波，再顺序连接滤波信号，循频提取出频率呈曲线变化的特征分量；具体步骤如下：(1)在齿轮箱上与输入轴相邻处安装转速传感器，在输出轴轴承座径向壳体上安装振动传感器，同步采集齿轮箱加速、减速或加减速过程转速脉冲R(t)和振动信号X(t)，采样频率为Fs，数据长度为N；(2)根据转速脉冲信号R(t)，计算特征分量的频率曲线；(3)划分多尺度区间I，I＝[kN2‑j～(k+1)N2‑j]，其中j：为分析尺度系数，j＝0,1,…,log2N‑n；N为信号采样点数,要求N为2的整数次方，n为尺度调整参数，为了使尺度不能过小，应该适当调整参数n，k＝1,…,2j，表示某个尺度系数下区间序号；(4)以原始采样间隔Δt＝1/Fs对特征分量频率曲线数据进行插值，插值后特征分量频率曲线长度为N；(5)在某个多尺度区间Ii内的特征分量频率曲线进行最小二乘拟合，其中i＝1,2,…,NI，NI为多尺度区间总数，得到频率函数a、2b为频偏和斜率，定义该频率函数对应线性调频基函数其中为归一化系数，使得多尺度区间Ii内的振动信号为计算对的投影系数全部多尺度区间的投影系数集合为βI；(6)采用逐尺度搜索方法，从βI内搜索出一条多尺度路径，使得该路径下的投影系数之和为最大，即：∏＝{I1,I2,…}∈{I}，∏覆盖整个信号时间范围且不重叠；(7)按照搜索出的多尺度路径，对振动信号X(t)进行多尺度分段，分段信号为Xi(t)，i＝1,2,…Ns，Ns为多尺度路径下尺度区间总数；(8)根据各个分段内确定投影系数时的拟合频率函数计算各分段的FRFT滤波阶次计算各分段FRFT滤波中心S为离散尺度归一化因子；(9)根据Xi(t)的滤波参数对Xi(t)进行FRFT滤波，滤波后信号Xi′(t)；(10)顺序连接分段内的滤波后信号Xi′(t)，提取到齿轮箱瞬变工况下频率呈曲线变化的特征分量。