[发明专利]一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法

摘要

一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法，利用磁电式转速传感器具有时标功能的优点，生成键相信息并进行角度域重采样；然后通过两次复解析解调和滤波从磁电式转速传感信息中逐步分离出齿轮故障信息，通过前后采集数据的对比判断齿轮是否存在退化趋势；齿轮出现退化趋势后，分析齿轮系统固有频率，结合第二次复解析解调结果判断齿轮故障形式；本发明可有效地对车桥齿轮进行状态监测并判断齿轮故障类型，无需采集键相信息，信号信噪比高、稳定性好不易误判。

主权项

1.一种基于磁电式转速传感器的齿轮健康状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：用磁电式转速传感器采集齿轮箱运行过程中的信号s(t)，其中t代表时间；确认待分析齿轮副主动轮齿数z₁、从动轮齿数z₂、输入轴齿圈齿数n₁和输出轴齿圈齿数n₂，齿圈齿数满足n₁,n₂＞z₁,z₂，以主动轮旋转周期为1阶，计算输入轴齿圈齿通过阶次f_c1、齿轮啮合阶次f_m1、主动轮转频f_z1和从动轮转频f_z2；步骤2：设计一个以输入轴齿圈齿通过频率f_z1·f_c为中心频率，滤波带宽为0.5f_z1的滤波器H(f)；对步骤1中信号s(t)进行滤波，得到信号s_k(t)；滤波器H(f)频响函数的表达式如下：式中f_c1为输入轴齿圈齿通过阶次，f_z1为主动轮转频；步骤3：统计信号s_k(t)过零点次数，记录信号s_k(t)中每n个过零点位置，生成时标信号k(t)；步骤4：利用步骤3得到的时标信号k(t)对步骤1的信号s(t)进行角度域重采样，得到角度域信号s(a)，其中a代表角度；步骤5：使用复解析解调，对步骤4得到的角度域信号s(a)进行解调，得到信号q₁(a)，解调的中心阶次取输入轴齿圈齿通过阶次f_c1，解调的阶次取f_c1±i,f_c1±f_m1±i,式中f_m1为齿轮啮合阶次，i＝1,2,3；步骤6：设计一个滤波器带宽为f_m‑3.5阶的低通滤波器H₁(a)，对步骤5得到的信号q₁(a)进行低通滤波，得到信号q_1d(a)，并计算信号q_1d(a)的均方根值rms_q1；低通滤波器H₁(a)的频响函数表达式为：式中f_m1为齿轮啮合阶次；步骤1‑6中的信号s(t)、信号s_k(t)、时标信号k(t)、角度域信号s(a)、信号q₁(a)和信号q_1d(a)为基准数据；步骤7：重复步骤1‑步骤6，采集20组数据，计算20组数据rms_q1的平均数，设置为基准值K；步骤8：再重复步骤1‑步骤6，直至新采集数据rms_q1值高于2倍基准值K，确认齿轮箱状态出现退化；步骤9：使用复解析解调，对步骤5中获得的信号q₁(a)进行解调，得到信号q₂(a)，解调的中心阶次取齿轮啮合阶次f_m1，解调的阶次取f_m1±i，式中f_m1为齿轮啮合阶次，i＝1,2,3；计算信号q₂(a)的均方根值rms_q2；步骤10：在齿轮退化后数据中寻找齿轮系统固有频率f_g，设计以n·f_z1+f_g为中心频率，带宽为5f_z的滤波器H₂(a)，对基准数据与退化后的步骤1中信号s(t)进行滤波，得到信号q₃(t)，计算信号q₃(t)的均方根值rms_q3；步骤11：对比基准数据与齿轮退化后数据rms_q2和rms_q3值，判断主动轮是否存在故障；步骤12：以从动轮旋转周期为1阶，计算输出轴齿圈齿通过阶次f_c2，齿轮啮合阶次f_m2，重复步骤1‑步骤11，判断从动轮是否存在故障。