[发明专利]基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法

摘要

基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，首先在齿轮箱的动力输入输出端安装轴角编码器；然后通过编码器采集齿轮箱的输入输出轴角转角信号；再对转角信号进行处理并且寻找信号中方波周期的参考点，统计信号中的每个方波周期时序长度，根据每个方波的周期数重构周期波动时间序列，计算周期变化时间序列信号的频谱；最后依照输入轴转速及齿轮箱的设计结构参数计算故障齿轮的特征频率成分，当在频谱存在故障特征分量及其高次谐波时，则视为齿轮箱发生了断齿或者异常故障，这种方法对齿轮运行故障的辨识率高，并且有助于快速、准确的判断齿轮箱的运行状态。

主权项

基于编码器多位转角信号的齿轮故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)安装轴角编码器来提取齿轮箱系统的运行状态信号，安装方式分为两种，一是在齿轮箱的输入轴和输出轴分别安装编码器，称之为双轴编码器信息获取方式；二是仅在齿轮箱的输出轴安装编码器，称之为输出单轴编码器信息获取方式；2)通过编码器采集齿轮箱系统轴角编码器转角信号x_i(n),n为采样点数，i为信号编号，转角信号实时辨识齿轮箱系统的运行状态，并提供其动态运行特征参数；3)对转角信号x_i(n)进行预处理，即将采集的信号进行去均值处理：$X_i\left(n\right)=x_i\left(n\right)-\stackrel{\‾}{x_i}\left(n\right)---\left(1\right)$式中：X_i(n)为预处理后的信号；x_i(n)为原始信号；为原始信号均值；4)寻找转角信号中方波周期的参考点，首先在预处理后的编码器转角信号X_i(n)中寻找过零点，即满足式(2)条件的点，然后将满足条件的X_i(n)或者X_i(n+1)点设为方波周期计算的参考点O_i(n),n为参考点的个数，i为信号的编号，X_i(n)*X_i(n+1)＜0，n＝1，2，…，N；     (2)式中：X_i(n)为预处理后的信号，n代表预处理后的信号点数；5)统计信号中的每个方波周期时序长度，每个方波的周期T包括了3个参考点，分别取O_i(n)，n＝1，3，5…，N‑1为每个方波的起点,取O_i(n)，n＝3，5，7…，N为方波的终点，从起点到终点为一个方波信号；6)根据每个方波的周期数重构周期波动时间序列，统计预处理后的编码器转角信号X_i(n)中所有方波周期信号中的点数时序：s_i(n)＝O_i(n+1)‑O_i(n)，n＝1，3，5，…，N‑1；     (3)式中：s_i(n)为周期波动信号；O_i(n)为计算参考点，在式(3)中将一个方波信号的终止点序数减去其起始点序数，得到该方波信号的采样点数，故方波周期时序s_i(n)代表了信号中方波周期的变化；7)计算周期变化时间序列信号的频谱S(n)，其中，周期变化时间序列的采样频率f_r为$f_r=\frac{f_s{N}_r}{N}---\left(4\right)$式中：f_s为采样频率；N为原始数据长度；N_r为重构周期波动时序长度，$S\left(k\right)={\Σ}_{n=0}^{N-1}s\left(n\right)W_N^{kn},k=0,1,...,N-1---\left(5\right)$式中：S(k)为周期时序的频谱；s(n)为周期波动信号，8)根据输入轴转速以及齿轮箱的结构计算故障齿轮的特征频率成分,当在频谱S(n)存在故障特征分量及其高次谐波时，则视为齿轮箱发生了断齿故障。