轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法

本发明涉及一种对轴承部件的分析诊断方法特别是涉及一种针对轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法。


背景技术:

轴承是工业生产设备中的关键部件由于长期连续工作在高载荷、高转速下发生故障的比例极高。同时各类旋转机械设备不断向复杂、高速、高效的方向发展对于转速的要求日益提高转速波动对轴承故障诊断所带来的影响已不容忽视。然而从另一个角度看在转速发生改变的过程中一些原本微弱的故障信息反而会因此而增强对其诊断也带来了有利因素。

变速轴承的振动信号在时域中具有时变性、非平稳性特点所以采用阶比分析使其转化为角域上的平稳信号可以避免在信号采集预处理时丢失故障特征的问题。变速工况下对轴承振动信号进行阶比分析的关键是获取轴承的转速信息。获取转速信息通常有两种方法:安装硬件转速计方法和采用无转速计分析算法。工业现场众多设备的轴承等部件都包含在机壳内部这使得转速计的安装十分困难既费时又浪费资源。所以本发明采用无转速分析算法来获取转速该方法无需硬件配合直接从振动信号中获取速信息可有效避免上述问题。从轴承振动信号中提取含有转速信息的谐波分量对其瞬时频率进行估计然后根据瞬时频率和转速的转换关系获得转速信息。变速工况下轴承的振动信号具有非线性、时变性、调制性和多分量特性等特点各谐波成份十分相近甚至有重叠直接采用短时傅里叶变换、经验模态分解等时频分析方法难以对其进行有效分解产生谱图模糊瞬时频率估计不精确等问题这些问题均需要进一步解决。


技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种针对轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法该方法提出一种基于广义解调时频分析的信号瞬时频率估计方法直接从轴承的振动信号中提取含有转速信息的谐波分量通过估计其瞬时频率来获取转速信息对于在转速波动工况下具有时变性、调制性及多分量特性特别是谐波成分相近或出现重叠的振动信号的分析十分有效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

一种针对轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法所述方法为一种基于广义解调时频分析的信号瞬时频率估计方法该方法包括如下步骤:

步骤1:对变速工况下轴承原始信号进行最大离散小波包变换获取时频谱图然后采用最大能量法分离出时频谱图中能量最为显著的谐波分量用于下一步分析;

步骤2:采用最小二乘法拟合步骤1中得到的谐波分量进而得到其相位函数;

步骤3:对振动信号进行Hilbert变换得到解析信号其中是的Hilbert变换;

步骤4:根据步骤2中求取的相位函数对进行广义解调得到信号;

步骤5:为去除负频率的影响以及便于逆广义解调再次对进行Hilbert变换得到新的解析信号其中是的Hilbert变换;

步骤6:构建带通滤波器其中振动信号的时频谱图中起始时刻对应的频率作为滤波器的起始频率与其相邻的2个分量起始频率间隔的1/2作为滤波器的频带;

步骤7:利用带通滤波器对解析信号进行带通滤波分解出平行于时间轴的基频谐波分量信号;

步骤8:对解析信号进行逆广义解调得到解析信号;

步骤9:根据公式估算解析信号的瞬时频率值;对离散的瞬时频率值进行多项式拟合后获得瞬时频率估计曲线。本发明的优点与效果是:

本发明对于轴承在变速工况下的振动信号所表现出的时变性、调制特性等情况的分析十分有效可解决频率相近或频带重叠情况下的多分量信号的谱图模糊问题提高分离精准性。本发明为多分量调制信号的分析提供了一种途径利用广义解调时频分析方法并结合带通滤波器可有效分离频率相近或频带重叠的谐波分量提高瞬时频率的估计精度。



技术特征:

1.一种针对轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法其特征在于所述方法为一种基于广义解调时频分析的信号瞬时频率估计方法该方法包括如下步骤:

步骤1:对变速工况下轴承原始信号进行最大离散小波包变换获取时频谱图然后采用最大能量法分离出时频谱图中能量最为显著的谐波分量用于下一步分析;

步骤2:采用最小二乘法拟合步骤1中得到的谐波分量进而得到其相位函数

步骤3:对振动信号进行Hilbert变换得到解析信号其中的Hilbert变换;

步骤4:根据步骤2中求取的相位函数手持式测振仪进行广义解调得到信号

步骤5:为去除负频率的影响以及便于逆广义解调,运输温度记录仪再次对进行Hilbert变换得到新的解析信号其中的Hilbert变换;

步骤6:构建带通滤波器其中振动信号的时频谱图中起始时刻对应的频率作为滤波器的起始频率与其相邻的2个分量起始频率间隔的1/2作为滤波器的频带

步骤7:利用带通滤波器对解析信号进行带通滤波分解出平行于时间轴的基频谐波分量信号

步骤8:对解析信号进行逆广义解调得到解析信号

步骤9:根据公式估算解析信号的瞬时频率值;对离散的瞬时频率值进行多项式拟合后获得瞬时频率估计曲线



技术总结
一种针对轴承振动信号瞬时频率分析诊断方法涉及一种对轴承部件的分析诊断方法。对轴承振动信号进行最大离散小波包变换采用最大能量法从其取时频谱图中分离出时频谱图中能量最为显著的谐波分量并用最小二乘法拟合此谐波分量进而得到其相位函数;然后根据得到的相位函数对振动信号进行广义解调分析并构建带通滤波进行滤波;最后对带通滤波后的谐波分量进行逆广义解调估算逆广义解调后信号的瞬时频率并对其进行曲线拟合最终得到振动信号的瞬时频率估计。本发明用于变速工况下对轴承振动信号的瞬时频率进行估计以实现无转速计阶比跟踪分析,热像仪变速工况下轴承故障诊断、预测与健康管理。

技术研发人员:齐晓轩;原忠虎;刘英英;杜英魁;都丽
受保护的技术使用者:沈阳大学
技术研发日:2018.06.20
技术公布日:2018.11.30

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