一種齒輪箱故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及齒輪箱故障診斷領域，尤其涉及一種齒輪箱故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 齒輪箱作為連接和傳遞動力的通用部件，在現代工業設備中得到了廣泛的應用， 齒輪故障是導致機器故障的重要因素，因此，齒輪箱的故障診斷技術一直都是人們研究的 重要課題。振動信號是齒輪箱故障特征的載體，對齒輪箱的振動信號進行分析，提取故障特 征，根據故障特征判斷齒輪箱的故障，這是齒輪箱故障診斷的常用方法。
[0003] 齒輪箱通常工作在多振源的工作環境中，現場測得的故障齒輪箱的振動信號是強 背景噪聲下的多分量非平穩信號。去趨勢波動分析法作為一種標度分析工具，能夠很好地 處理多分量非平穩信號，但是在齒輪箱故障診斷模式分析中，噪聲的存在使得雙對數曲線 發生了轉折現象，而且噪聲越強，發生轉折現象的的尺度越大，因此，必須選擇一種合適的 方法減輕或消除噪聲對去趨勢波動分析結果的影響。
[0004] 綜上所述，現有技術中，存在齒輪箱相近故障模式區分不準確的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，用以解決現有技術中存在齒輪箱相 近故障模式區分不準確的問題。
[0006] 本發明實施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，包括：
[0007] 利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號；
[0008] 對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列；
[0009] 采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列；
[0010] 采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處理，得到所述降噪信號序列的 波動函數與時間尺度的冪率關系式；
[0011]根據豪斯道夫分形維數與所述冪率關系式中的標度指數之間的關系，提取故障特 征，得到齒輪箱故障診斷結果。
[0012] 優選地，所述降噪信號序列，根據以下步驟確定：
[0013] 根據傅立葉變換，確定所述振動信號序列的頻譜圖；
[0014] 由所述頻譜圖，獲得所述振動信號序列的高頻邊界值；
[0015] 根據所述高頻邊界值和所述Vondark濾波器的頻率響應函數，確定平滑因子；
[0016] 根據所述平滑因子和所述Vondark濾波器的頻率響應函數，確定所述降噪信號序 列。
[0017] 優選地，所述Vondark濾波器的頻率響應函數，根據下式確定：
[0019]其中，ε為所述平滑因子，f為諧振頻率，31為常數。
[0020]優選地，所述冪率關系式，根據以下步驟確定：
[0021 ]根據下式確定所述降噪信號序列的累積離差序列：
[0023] 其中，N為常數，變量t=l，2,3…N，變量i = l，2,3…t，x(i)為所述降噪信號序列J 為所述降噪信號序列的全局均值；
[0024] 將所述累積離差序列以等時間尺度劃分出不重疊的區間序列；
[0025] 采用最小二乘法對所述區間序列進行多項式擬合，確定區間局部趨勢；
[0026] 從所述累積離差序列中去除所述區間局部趨勢，并根據下式確定所述降噪信號序 列的波動函數：
[0028] 其中，1為所述時間尺度，yi(t)為所述區間局部趨勢；
[0029] 根據下式確定所述波動函數和所述時間尺度之間的冪率關系式：
[0030] F(l)=k · Γ
[0031] 其中，α為所述降噪信號序列的標度指數，k為計算系數。
[0032] 優選地，所述豪斯道夫分形維數與所述標度指數之間，存在以下關系式：
[0033] D = 2~a
[0034] 其中，D為豪斯道夫分形維數。
[0035] 本發明實施例中，采用Vondark濾波器對齒輪箱含噪振動信號序列進行低通濾波， 能夠消除在去趨勢波動分析過程中由于噪聲所引起的轉折想象，消除噪聲對去趨勢波動分 析結果的影響，并準確地區分齒輪箱相近故障模式。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0037] 圖1是本發明實施例中的齒輪箱故障診斷方法的流程圖；
[0038] 圖2是本發明實施例中的正常齒輪箱振動信號；
[0039]圖3是本發明實施例中的輕度磨損齒輪箱振動信號；
[0040]圖4是本發明實施例中的中度磨損齒輪箱振動信號；
[0041]圖5是本發明實施例中的斷齒齒輪箱振動信號；
[0042]圖6是本發明實施例中的正常齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0043]圖7是本發明實施例中的輕度磨損齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0044]圖8是本發明實施例中的中度磨損齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0045]圖9是本發明實施例中的斷齒齒輪箱振動信號的標度律曲線圖；
[0046]圖10是本發明實施例中的雙標度指數對齒輪箱故障信號的分類效果圖。
【具體實施方式】
[0047] 本發明實施例提供一種齒輪箱故障診斷方法，包括:利用傳感器獲取齒輪箱的振 動信號;對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列;采用Vondark濾波器對所述振動信 號序列進行處理，得到降噪信號序列;采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處 理，得到所述降噪信號序列的波動函數與時間尺度的冪率關系式;根據豪斯道夫分形維數 與所述冪率關系式中的標度指數之間的關系，提取故障特征，得到齒輪箱故障診斷結果。從 而解決現有技術中存在齒輪箱相近故障模式區分不準確的問題。
[0048] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0049] 圖1示例性的示出了本發明實施例的一種齒輪箱故障診斷方法流程示意圖，該方 法至少可以應用于齒輪箱故障診斷。
[0050] 如圖1所示，本發明實施例提供的一種齒輪箱故障診斷方法包括以下步驟：
[0051 ]步驟S11，利用傳感器獲取齒輪箱的振動信號；
[0052]需要說明地是，利用加速度傳感器獲得含噪振動信號后，所述振動信號包含噪聲 信號和故障信號。
[0053]步驟S12,對所述振動信號進行采樣，得到振動信號序列；
[0054]需要說明地是，采用周期性采樣脈沖對振動信號進行采樣，根據下式確定振動信 號序列：
[0055] b(t) =a(t) · g(t)
[0056] 其中，a(t)為振動信號，g(t)為周期性采樣脈沖。
[0057] 步驟S13,采用Vondark濾波器對所述振動信號序列進行處理，得到降噪信號序列； [0058]優選地，根據傅立葉變換，確定所述振動信號的頻譜圖；
[0059]由所述頻譜圖，獲得所述振動信號的高頻邊界值；
[0000]根據所述高頻邊界值和所述Vondark濾波器的頻率響應函數，確定平滑因子；
[0061]根據已知平滑因子的Vondark濾波器頻率響應函數，確定所述降噪信號序列；
[0062 ] 優選地，所述Vondark濾波器的頻率響應函數，根據下式確定：
[0064]其中，ε為所述平滑因子，f為諧振頻率，π為常數。
[0065] 步驟S14,采用去趨勢波動分析法對所述降噪信號序列進行處理，得到所述降噪信 號序列的波動函數與時間尺度的冪率關系式；
[0066] 優選地，根據下式確定所述降噪信號序列的累積離差序列：
[0068]其中，N為常數，變量t = l，2,3…N，變量i=l，2,3…t，x(i)為所述降噪信號序列J 為所述降噪信號序列的全局均值；
[0069] 將所述累積離差序列以等時間尺度劃分出不重疊的區間序列；
[0070] 采用最小二乘法對所述區間序列進行多項式擬合，確定區間局部趨勢；
[0071] 從所述累積離差序列中去除所述區間局部趨勢，并根據下式確定所述降噪信號序 列的波動函數：
[0073] 其中，1為所述時間尺度，yi(t)為所述區間局部趨勢；
[0074] 根據下式確定所述波動函數和所述時間尺度之間的冪率關系式：
[0075] F(l)=k · 1°
[0076] 其中，α為所述降噪信號序列的