[发明专利]一种行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法

说明书

本发明涉及一种行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法，属于故障诊断技术与信号处理分析技术领域。本发明首先采集信号；然后对采集的原始振动信号进行基于谱峭度的包络提取，再根据计算阶比跟踪技术进行等角度重采样，获得包络虚实部角域信号；分别根据行星轮齿或太阳轮齿与齿圈上距离传感器最近的齿的啮合齿序，对啮合齿序进行重排；通过行星齿轮箱键相脉冲信号根据齿轮传动比得到行星架键相脉冲信号，再根据行星架键相脉冲信号，对行星架每旋转一圈，利用Tukey窗函数以五齿宽的窗宽对包络虚实部角域信号进行加窗截取；对加窗截取信号根据重排齿序重构；最后进行特征提取。本发明能够对行星齿轮箱局部故障进行诊断。

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法，属于故障诊断技术与信号处理分析技术领域。

背景技术

行星齿轮箱相对于定轴传动具有传动比大，体积小，工作平稳，承载能力大等优点，其广泛被用于发电、航空、船舶、石化等行业的大型机械传动中。然而，行星齿轮箱通常工作在低速、重载、阵风、等恶劣环境下，导致齿轮易出现脱落、点蚀、裂纹等故障，一旦出现故障将导致整个系统的停滞，造成损失。

行星齿轮箱采用行星齿轮传动系统，它远比定轴传动系统复杂，以齿圈固定的行星齿轮传动为例，一个或多个行星齿轮随着行星架绕着太阳轮固定轴线旋转，因此行星轮的转动不仅相对于自身轴线转动，而且绕着太阳轮公转，行星轮在与齿圈啮合的同时还与太阳轮啮合。对于安装在固定齿圈上方的振动传感器，行星轮轮与齿圈啮合产生的振动信号通过齿圈传递到传感器，太阳轮和行星轮啮合产生的振动信号则通过行星轮传递到齿圈再到传感器，这两种啮合副的啮合点与传感器的距离随着行星架的旋转而旋转，因此，对振动监测而言传感器拾取的信号其振动传递路径具有时变性。而且为了受载均匀，通常行星轮的数量不止一个，其振动信号是多个啮合振动的复杂叠加。此外，行星齿轮箱通常工作在恶劣的环境下，导致其运行工况复杂，转速和负荷等工况参数的变化将导致其振动信号具有明显的非平稳性，且对早期故障相对较微弱。

发明内容

本发明提供了一种行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法，以用于对行星齿轮箱局部故障进行诊断。

针对行星齿轮箱故障诊断存在的问题，结合包络弱特征提取、角域信号避免转速波动、振动分离消除时变振动传递路径影响和同步平均提高信噪比的优势，提出行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法。

本发明的技术方案是：一种行星齿轮箱时变振动传递路径下的故障特征包络提取方法，包括：

信号采集步骤：通过加速度传感器对行星齿轮箱原始振动信号和通过电涡流传感器对行星齿轮箱键相脉冲信号进行多通道同步采样；

信号处理步骤：首先对原始振动信号进行基于谱峭度的包络提取，获得包络信号，再提取包络信号虚实部；对包络信号虚实部根据计算阶比跟踪技术进行等角度重采样转换为准平稳信号，获得包络虚实部角域信号；分别根据行星轮齿或太阳轮齿与齿圈上距离传感器最近的齿的啮合齿序p_n,g，对啮合齿序进行重排得到重排齿序；通过行星齿轮箱键相脉冲信号根据齿轮传动比i得到行星架键相脉冲信号，再根据行星架键相脉冲信号，对行星架每旋转一圈，利用Tukey窗函数以五齿宽的窗宽对包络虚实部角域信号进行加窗截取，获取加窗截取信号；对加窗截取信号根据重排齿序重构，得到单个行星轮或太阳轮包络虚实部角域振动分离信号；

特征提取步骤：在获取行星轮或太阳轮包络虚实部角域振动分离信号后，分别对其进行同步平均，再将同步平均后的虚实部的角域振动分离信号按照虚实部合成振动分离信号，最后对合成的振动分离信号进行频谱分析获得阶比谱，完成行星齿轮箱的特征提取，同时，通过阶比谱对应的阶次信息对行星齿轮箱局部故障进行诊断。

所述信号采集步骤的具体如下：