[发明专利]基于阶次包络时频能量谱的变转速滚动轴承故障识别方法

摘要

基于阶次包络时频能量谱的变转速滚动轴承故障识别方法，对获取的变转速下滚动轴承振动信号的低频段信号进行短时傅里叶变换获得短时谱，结合峰值搜索方法获得轴承参考轴谐波分量的瞬时转频估计；再通过快速峭度谱技术确定振动信号的最优共振频带带通参数，对带通滤波后的带通信号进行Hilbert变换获得包络信号，通过短时傅里叶变换得到包络时频能量矩阵；设置提取区间，得到阶次包络能量计算路径，通过能量计算路径和包络时频能量矩阵计算不同阶次下的阶次包络时频能量，获得阶次包络时频能量谱，通过最大阶次包络时频能量对应的阶次与故障阶次对比实现轴承故障识别,本发明具有计算效率高的优点，能满足实际工程应用中实时监测的需求。

主权项

1.一种基于阶次包络时频能量谱的变转速滚动轴承故障识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用振动加速度传感器采集旋转机械的振动信号x(t)，采样率设定为fs；步骤二：对采集的振动信号进行低通滤波，获取包含滚动轴承参考轴瞬时转频信息的低频段振动信号，并通过短时傅里叶变换获取低频段振动信号的短时谱；步骤三：采用峰值搜索方法对低频段振动信号短时谱中m阶谐波分量信号的瞬时脊线进行提取，获取的第m阶瞬时频率脊线为fm(t)，则参考轴瞬时频率为：IRF＝fm(t)/m；步骤四：采用快速峭度谱确定最优共振频带，根据最优共振频带设置带通滤波器带宽参数，通过带通滤波器对振动信号进行滤波提取包含滚动轴承故障冲击特征的共振频带信号；对共振频带信号进行Hilbert变换得到共振包络信号，并进一步通过短时傅里叶变换的时频变换，获得共振频带信号的包络时频能量分布矩阵TFRe(t,f)，时频能量分布体现了变转速工况下的时频能量的时变特点，当轴承发生故障时，在包络时频能量分布矩阵中将出现符合故障特征瞬时频率趋势的时频能量，且时频能量高于信号中的其他成分，根据该时频能量实现故障的识别；步骤五：阶次能够定义为旋转部件引起的振动信号激励频率与参考轴转频的比例系数，根据以上阶次关系对包络时频能量进行扩展，将符合某阶次比例下相应瞬时频率变换规律的包络时频能量定义为阶次包络时频能量，并对其进行提取；设置阶次包络时频能量区间FO和阶次分辨率，即阶次分析间隔ΔFO，同时根据振动信号激振频率与参考轴转频的阶次关系，计算得到阶次包络时频能量的计算路径VIF：VIF＝IRF×FO其中FO即表示以ΔFO为间隔，将区间[FOmin,FOmax]等分的一组向量，FOmin为最小分析阶次，需小于滚动轴承的最小故障阶次；FOmax为最大分析阶次，根据待分析轴承的最大故障阶次确定；步骤六：通过阶次包络时频能量计算路径VIF和包络时频能量分布矩阵TFRe(t,f)，得到振动信号不同阶次下的阶次包络时频能量：为确保计算的准确性，在利用能量计算路径时，添加频率宽度为±Δf的时频能量计算区间，并取平均值，t0为包络时频矩阵时间起点，tn为包络时频矩阵时间终点，VIFi为i阶次下得到的能量计算路径；步骤七：根据提前设置的阶次分析区间和从步骤六获得的阶次包络时频能量得到阶次包络时频能量谱，通过最大阶次包络时频能量对应的阶次与滚动轴承不同部位的故障阶次进行对比实现轴承故障识别。