[发明专利]一种基于阶跃‑冲击原子库MP算法的轴承故障定量诊断方法

摘要

一种基于阶跃‑冲击原子库的MP算法轴承故障定量诊断方法。本发明将轴承故障信号表达成简洁、稀疏的阶跃‑冲击原子线性叠加的形式。阶跃‑冲击字典根据轴承故障滚珠进入和经过故障所产生的响应形式，将阶跃和冲击响应通过故障大小、转频以及轴承尺寸等信息关联起来，形成一个包含故障大小信息的新型原子库。通过MP算法进行迭代选取最匹配原子、更新残差信号，直至迭代终止条件为止，重构信号。通过对重构信号时域波形的分析得到第一次预估值，通过偏差筛选机制对重构原子进行筛选最终确定偏差绝对值最小的原子的故障信息为第二次预估故障值，最后求取两次预估值的平均值即可实现对轴承故障的定量诊断。

主权项

一种基于阶跃‑冲击原子库MP算法的轴承故障定量诊断方法，其特征在于：在传统的轴承故障机理分析中，对于故障冲击都是假定为理想的单脉冲形式即单脉冲作用力的时间趋近于零；然而，这种理想单脉冲仅仅适合滚动轴承局部损伤的尺寸极小的情况；但是，随着故障程度的增加，即故障存在一定宽度时，故障引起的脉冲不可能呈现一种理想单脉冲状态，而是“双冲击”状态，并且两次冲击之间的时间间隔与故障大小存在一定的比例关系；已经证实第一次冲击的响应为阶跃响应，第二次冲击的响应为冲击响应；为了实现故障定量诊断，首先分析两次冲击之间的时间间隔与故障大小之间的关系，然后构造一个含有故障信息的阶跃‑冲击原子库用以在匹配追踪过程中匹配故障信号特征；滚珠滚过故障所需时间为Δt0=l0πD0fc]]>其中，l0表示故障尺寸，D0表示轴承外径，D0＝Dp+d，fc表示保持架转频，fr为轴的转频，α为压力角，Dp为滚珠球心运行轨道直径，d为滚珠直径；因此，滚珠滚过故障所需的时间为Δt0=l0π(Dp+d)2fr(1-dDp)=2l0Dpπfr(Dp2-d2)]]>而当故障直径小于滚珠直径时，当滚珠与故障后边缘碰撞时，此时滚珠中心所经过的距离恰好为故障尺寸的一半，因此，两次冲击之间的时间间隔为Δt=Δt02]]>因此，故障大小与两次冲击之间时间间隔的关系式为l0=πfr(Dp2-d2)DpΔt]]>两次冲击分别为阶跃响应和冲击响应，即阶跃响应发生的时刻在冲击响应发生时刻的前Δt时间，冲击发生的时刻为u，因此，阶跃响应发生的时刻为u‑Δt；冲击响应的表达式为ximp=e-(t-u)τsin(2πfnt)]]>阶跃响应的表达式为xstep=(-cos(2π·(fn6)·t)·e-(t-u-Δt)sτ)+e-(t-u)sτ]]>因此，阶跃‑冲击原子库的基函数模型为：x＝a·ximp+xstep其中，u为冲击发生的时刻，τ为系统阻尼系数，fn为系统固有频率，a为冲击成分与阶跃成分能量比；对基函数中各个参数进行离散化赋值，定义原子库，D(u，τ，fn，l0)＝{gi，i＝1，2，3，...，m，...}，其中，D(u，τ，fn，l0)为阶跃‑冲击原子库，gi为原子，||gi||＝1，是经归一化处理后具有单位能量的原子，m为原子个数；阶跃‑冲击原子库引入故障大小、转频以及轴承尺寸等信息，通过对其基函数各个参数进行离散化赋值构造，并真实模拟了滚珠进入以及滚过故障的过程，通过两次冲击时间间隔实现阶跃响应和冲击响应联系，每个原子即携带故障信息便于定量诊断的操作。