[发明专利]一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法

权利要求书

1.一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100：采用数字滤波器对电主轴的振动信号x(t)进行带通滤波，消除低频和高频分量对频谱分析过程的干扰；

步骤S200：读取并验证电主轴转频f_r，在指定的频谱区间进行最大值搜索，确定基频f_b，并通过电主轴的振动信号的谐波频率信息对基频f_b进行修正；

步骤S300：电主轴轴承接触角为15°或25°，以此为基础构建比例因子λ的候选集Θ＝{θ_15°,θ_25°}，通过计算和逻辑判定确定比例因子λ；

步骤S400：定义调制系数ρ，指定中心调制频率f_c和载波频率f_e，在频谱上滑动计算形成调制系数序列P^(κ),κ＝1,2，绘制P^(κ)茎叶图构建索引序号构成集合I，J，则滚子数量Z＝I∩J；

步骤S500：粗估轴径d_est，以比例因子λ和滚子数量Z为约束条件查阅轴承手册，确定轴承外径D和内径d；

在步骤S300中，计算主轴轴承比例因子λ：

构建比例因子λ候选集Θ＝{θ_15°,θ_25°}，其中θ_τ通过下式计算获得：

若|round(θ_15°)-θ_15°|≤|round(θ_25°)-θ_25°|，则比例因子λ＝round(θ_15°)，反之λ＝round(θ_25°)；

在步骤S400中，计算主轴轴承滚子数量Z：

步骤S401：定义调制系数ρ：

ρ＝sigδ(f)·X(f) (2)

其中，

为有界非线性变换函数；

其中：f_c为中心调制频率；f_e为载波频率；

步骤S402：分别取(f_c,f_e)＝(if_b,f_r)和(jf_r-jf_b,f_r)，依次取i＝1,2,…,50和j＝1,2,…,35在X(f)上滑动计算调制系数序列

步骤S403：绘制P⁽¹⁾和P⁽²⁾序列的茎叶图并识别局部极值，以极值对应的索引序号构成集合I，J，则Z＝I∩J；

步骤S404：由几何关系推导轴承比例因子λ与滚子数上限Z_max之间的明确数量关系为Z_max＝floor(λπ)，计算并验证ZZ_max。

2.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤S100中，通过传感器采集电主轴空运行、稳态的振动信号x(t)，获取转频f_r；传感器的采集位置为电主轴前端轴承外壳。

3.根据权利要求2所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，采用数字滤波器对振动信号x(t)进行带通滤波的滤波通带为[10,20f_r]。

4.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤S200中，FFT变换获取稳态振动信号x(t)的幅值谱X(f)，并根据谐波频率信息验证转频f_r；在[0.4f_r,0.47f_r]区间内搜索局部最大值确定基频f_b。

5.根据权利要求4所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤S200中，利用谐波频率信息对f_b进行匹配修正：计算nf_b,n＝1,2,…,10，检查X(f)序列是否存在局部极值落在nf_b的小邻域范围内([nf_b-nf_Δ,nf_b+nf_Δ]，f_Δ为频谱分辨率，若超出范围，以该极值频率f_m对f_b进行修正f_b＝f_m/n。