[发明专利]一种用于故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法

说明书

本发明公开了一种用于故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法及系统，包括以下步骤：(1)将待诊断的行星齿轮箱振动信号，利用阶次跟踪方法分离获取齿轮箱振动信号中的谐波成分；其中，谐波成分包括齿轮啮合振动信号；(2)根据连续窗函数同步平均将齿轮啮合振动信号分解到多个行星轮，获得单个行星轮的啮合振动，实现对行星轮分布式磨损的诊断；(3)待诊断的行星齿轮箱振动信号减掉谐波成分后得到残差信号，残差信号中只包含齿轮和轴承局部损伤引起的冲击信号以及噪声，滤波提取其中的冲击成分，实现对零件局部损伤的监测诊断。本发明可提高齿轮箱故障诊断准确性。

技术领域

本发明属于行星齿轮箱故障诊断技术领域，具体涉及一种用于故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法。

背景技术

行星齿轮传动具有体积小、结构紧凑、承载能力强、传动效率高等优点，被广泛应用在风力发电、航空航天、船舶、起重机械、冶金开采等重工业领域。然而，上述机器设备通常运行在变速变载的严苛工况下，齿轮箱内部的零部件容易出现故障损伤。零件故障不仅会造成巨大经济损失，还会成为重大的安全隐患。

目前的行星齿轮箱故障诊断中，在齿轮箱机壳外侧安装加速度传感器采集振动信号对齿轮箱内关键零部件进行状态监测是应用最广泛、最成熟的一种技术手段。行星齿轮箱内振动零部件众多、信号组成复杂、不同类型的信号时频特征差异大，导致单一信号分离方法不能将振动信号完全分离。行星齿轮箱内的转轴、齿轮、轴承均会产生振动，各零件产生的振动信号又以谐波成分、冲击成分以及噪声等多种形态出现，传感器采集的是各类振动信号的和信号。单一的信号分离方法无法将各类信号完全分离，容易出现分解结果不彻底，模式混淆严重、可解释性差等问题。同时，复杂的信号成分之间相互干扰，加大了提取微弱故障的难度，不利于行星齿轮箱故障诊断。

综上，亟需一种新的用于行星齿轮箱故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法，以解决齿轮箱振动信号组成复杂，相互干扰严重，不利于行星齿轮箱故障诊断的问题。本发明根据行星齿轮箱的结构特点和振动信号的表现形式，建立系统性的信号分离方法，将传感器采集的复合信号分离成单分量信号，可提高行星齿轮箱故障诊断准确性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于故障诊断的行星齿轮箱振动信号分离方法，包括以下步骤：

(1)将待诊断的行星齿轮箱振动信号，利用阶次跟踪方法分离获取齿轮箱振动信号中的谐波成分；其中，谐波成分包含齿轮啮合振动信号；

(2)根据连续窗函数同步平均将齿轮啮合振动信号分解到多个行星轮，获得单个行星轮的啮合振动，实现对行星轮分布式磨损的诊断；

(3)待诊断的行星齿轮箱振动信号减掉谐波成分后得到残差信号，残差信号中只包含齿轮和轴承局部损伤引起的冲击信号以及噪声，滤波提取其中的冲击成分，实现对齿轮、轴承局部损伤的监测诊断。

本发明的进一步改进在于，步骤(1)中，阶次跟踪滤波器应提取齿轮啮合频率及其5倍谐频的振动成分，且每个谐频的通带带宽应覆盖三倍关键转轴转频的边频带；其中，对于平行级齿轮传动，转频为高速轴的转频；对行星齿轮传动来说，转频为行星架转频。

本发明的进一步改进在于，步骤(2)具体包括：阶次跟踪分离得到的齿轮啮合振动信号为多个行星轮啮合振动的和信号；根据各行星轮啮合振动之间存在的相位差给所述多个行星轮啮合振动的和信号依次添加具有相位差的连续窗函数，并进行同步平均得到单个行星轮的啮合振动，从而实现对行星轮分布式磨损的诊断。

本发明的进一步改进在于，连续窗函数为余弦升幂窗函数，表达式为：