[发明专利]一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法

权利要求书

1.一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集齿轮箱故障时的轴承端盖测点处的振动加速度信号x(t)；

S2、在齿轮某阶啮合频率附近进行带通滤波，得到以啮合频率为中心、以故障齿轮的转频及倍频为边频带的故障调制信号x_m(t)；

S3、对故障调制信号进行离散频谱校正，获取准确啮合频率和准确故障齿轮转频；

S4、对调制信号平方解调，根据平方解调谱确定幅值调制的阶次，并构建幅值调制的目标数学模型y(t)；

S5、建立故障调制信号的希尔伯特包络与目标数学模型的希尔伯特包络相等的目标函数；

S6、利用基于信赖域反射的最小二乘优化算法求解幅值调制参数，得到准确的调幅信号。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：

S1.1、根据右手定则建立三维空间坐标系：X轴平行于齿轮所在轴的轴向，正方向指向电机侧；Z轴垂直于地面，正方向竖直向上；Y轴正向由右手定则确定；

S1.2、安装传感器：在输入轴轴承、输出轴轴承的4个端盖上方分别安装4个三向压电式加速度传感器，用于测量XYZ三个方向的振动加速度数据；将传感器、数据采集系统和计算机正确连接；

S1.3、设置数据采集参数：采样总时长T设为10s，采样频率设为f_s，则对应的采样时间间隔Δt＝1/f_s，采样点数N＝f_s·T，记采集的时域振动加速度信号为x(t)。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法，其特征在于，步骤S2中，为尽量减小噪声和共振区传递函数的影响，选取与共振峰无耦合的某一阶啮合频率，并进行带通滤波，保证滤波器的通带可以覆盖此阶啮合频率两侧的有效调制边频带；

滤波后得到以啮合频率为中心、以故障齿轮的转频及倍频为边频带的故障调制信号，记为x_m(t)：

其中，A_k为第k阶啮合频率幅值；f_m为啮合频率；θ_k为第k阶啮合频率相位；i为调制阶次；I为最大调制阶次；B_ki为第k阶啮合频率附近的第i阶调制信号的幅值；f_n为故障齿轮转频；为第k阶啮合频率附近的第i阶调制信号的相位。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮故障振动调制信号的通用幅值解调方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S3.1、对滤波后的故障调制信号x_m(t)加Hanning窗，利用峰值搜索算法确定频谱中理论啮合频率附近的幅值最大点和次大点对应的谱线号，分别记为k_m、l_m；同理，确定啮合频率两侧理论调制边频附近的幅值最大点和次大点对应的谱线号，分别记为k_m±i、l_m±i，i表示调制阶次；

S3.2、利用比值校正法得到准确啮合频率f_mc和准确故障齿轮转频f_nc：

f＝(k-Δf)f_s/N；

其中，Δf为窗长归一化后的频率误差；v是关于Δf的函数；W为故障调制信号加Hanning窗后的频谱模函数；k为最大值对应的谱线号；l为次大值对应的谱线号；f为校正后真实频率；f_s为采样频率；N为采样点数。