技术特征：
1.一种滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：振动信号采集：通过多个压电式加速度传感器拾取故障滚动轴承多个位置的振动信号，并通过涡电流传感器同步采集故障轴承所在转轴的转速数据；s2：信噪比及故障冲击特征增强：运用自回归模型，对采集到的原始故障滚动轴承加速度振动信号进行降噪处理并增强故障冲击特征；s3：关键时间信息提取：利用积分理论同变分模态分解技术，对振动加速度信号中映射于滚动体-缺陷前边沿开始作用时所对应的时间信息进行确定并提取；采取互相关与包络技术相结合之策略提取滚动体即将脱离缺陷区前边沿所对应的时刻信息；通过微分理论与高通滤波方法相结合，提取滚动体撞击缺陷区后边沿时所对应的时刻信息；s4：滚动轴承外圈缺陷尺寸估计模型构建：通过分析滚动体-缺陷接触几何位置关系，基于运动学理论、赫兹接触理论以及三角学理论与方法，以滚动体-外圈缺陷相互挤压接触所激起的多冲击事件激励机理为切入点，建立滚动体-缺陷接触位置关系方程组，推导并获得滚动轴承外圈缺陷尺寸宽度估计模型；s5：缺陷尺寸量化求解：将上述获得的关键角度位置时间信息作为模型输入参数，代入已建立的尺寸估计公式，计算解得实际缺陷尺寸估计值。2.根据权利要求1所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：步骤s2具体包括：设定自回归模型的阶次p，利用峭度对故障冲击的敏感性进行分析，对拾取到的振动加速度信号基于自回归模型滤波，对滤波后的信号x(t)求取其峭度值k；以最大峭度值k
m
对应的阶次作为自回归模型的最佳滤波阶次p
o
对信号进行滤波，并输出得到滤波后的冲击特征增强的信号y(t)；其中，自回归模型线性回归表示为：式中，x(i-j)为振动信号在时间位置i-j处之取值，p为ar模型阶次，c
j
(j＝1,2,3,
…
,p)为自回归系数，r(i)为自回归模型的残余信号，其中包含噪声以及信号中的非平稳信号；通过计算上式各阶次对应的自回归模型输出r(i)的峭度值k，即：式中，x(i)为自回归滤波后的残余信号，下标i为振动信号索引值；为信号x(i)的均值，l为信号长度，s为信号的标准差；计算所有峭度值k，比较并得到峭度最大值k
m
，并以k
m
对应阶次p
o
作为自回归模型最优阶次对信号进行滤波，最终得到冲击特征增强的振动信号最优输出y(t)。3.根据权利要求1所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：步骤s3具体包括：以自回归模型滤波后所得的振动信号最优输出y(t)为研究对象，将y(t)中所包含的冲击特征信号逐次进行截取分离，得到不同的冲击特征信号段，对每一冲击信号段使用变分模态分解方法进行多模态分量提取，选取变分模态分解后的一阶低频模态分量作为滚动体进入缺陷区时所引起的进入信号；求取该一阶模态分量信号的积分，得到积分后
的信号v(t)，建立过该段信号v(t)拐点的一次函数解析式，求取其与时间轴的交点坐标t
s
，将t
s
作为滚动体开始与缺陷区前边沿相互作用时对应的时间信息；利用互相关函数能够量化两时间序列相似性的特点，从自回归滤波后的信号y(t)中选取一段完整的滚动体滚过缺陷区所引起的振动响应信号作为互相关函数中的目标信号g(t)，建立目标信号与y(t)的互相关函数模型，即：式中，m为目标函数g(t)的长度，d为时间延迟，且d＝1,2,3,
…
,l1-m+1，其中l1为信号y(t)的长度；当cor(d)取得最大值时，g(t)将与y(t)中所有的对应冲击特征高度吻合，通过在每一个cor(d)取得最大值时所对应的延迟d附近的小范围内[d-δd,d+δd]进行峰值搜索，得到滚动体将要脱离缺陷区前边沿时所映射的时间信息t
d
；为消除随机噪声以及进入阶段对应的响应中所混入的高频信号成分的干扰，以求取互相关信号的包络来确定并求取t
d
；通过高通滤波进一步增强滚动体撞击缺陷区后边沿所引起的高频冲击响应信号的特征，削弱低频信号成分的干扰；然后再通过阈值设定，对滚动体撞击缺陷区后边沿时所对应的时间信息t
c
进行提取；通过以上三环节，分别完成对关键时间信息t
s
，t
d
，t
c
的提取，为最终缺陷尺寸精确估计提供准确前提参数。4.根据权利要求1中所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：步骤s4中，通过以下两方面建立滚动轴承外圈缺陷尺寸估计模型：第一方面：通过对滚动体于不同角位置处与缺陷接触构成的几何位置关系的分析，构建以滚动体几何尺寸、缺陷尺寸以及多冲击事件激励响应所映射的时间信息等参量为自变量的函数模型方程组；第二方面：利用变分模态分解、包络分析、微积分理论，对滚动体-缺陷接触诱发的多冲击事件激励响应所映射的时间信息t
s
、t
d
和t
c
进行分离提取；以提取到的多冲击事件响应所对应的多个事件信息作为滚动轴承缺陷尺寸估计计算模型的输入参数，计算得到缺陷尺寸。5.根据权利要求3中所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：步骤s4中所述缺陷尺寸估计公式建模具体包括：从滚动体-缺陷接触激励机理角度切入，以滚动体-缺陷接触几何位置关系为建模分析框架，基于运动学理论、赫兹接触理论以及三角学理论与方法，建立滚动体-缺陷接触几何位置关系方程，即：式中，等于＝0.5d
o-0.5c
d-δ
t
，其中d
o
为轴承外圈滚道直径，c
d
为轴承内部直径游隙，δ
t
为滚动体与轴承内、外滚道接触挤压形变量之代数和，可通过赫兹接触理论求解；
为轴承节圆半径0.5d
m
，d
b
为滚动体直径，∠aoo
c
＝∠aoo
d
+∠o
d
oo
c
；又∠aoo
d
＝ω
c
(t
d-t
s
)-∠o
s
oa，∠o
d
oo
c
＝ω
c
(t
c-t
d
),∠o
s
oa＝arctan(b/oa)，其中oa＝ob，ω
c
为保持架角速度，b为滚动体与外圈滚道接触椭圆长半轴的长度，通过赫兹接触理论计算求取：式中，f为径向载荷分量大小，ξ
i
和ξ
ii
分别为滚动体和内外滚道材料的泊松比，σρ为滚动体与轴承外圈接触的接触曲率和，b
*
为赫兹接触椭圆的无量纲长半轴长度，以上参数皆可通过赫兹接触理论求解得到；通过以上方程组推演得到缺陷沿外圈滚道弧度对应外圈中心o的圆心角∠aob的大小，并在δaob中有如下关系：联立上述方程解得外圈缺陷宽度尺寸为：6.根据权利要求5中所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法，其特征在于：步骤s5中所述缺陷尺寸量化求解具体为：运用提出的信号处理算法处理缺陷滚动轴承振动信号，从而确定并得到滚动体滚过缺陷过程中所激起多个冲击事件激励响应所映射的各关键时刻信息t
s
，t
d
，t
c
，并以此三个关键角度位置的时间信息作为步骤s4中获得的缺陷尺寸估计模型的输入参数，计算求解得到滚动轴承的缺陷尺寸。7.一种滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计装置，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至6任一项中所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法。8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6任一项中所述的滚动轴承外圈滚道缺陷尺寸量化估计方法。
技术总结
本发明涉及一种滚动轴承外圈缺陷尺寸量化估计方法，属于机械故障诊断技术领域，通过加速度传感器拾取故障滚动轴承振动信号，运用AR模型对拾取的振动信号进行降噪并增强故障冲击特征，利用VMD技术，确定并提取振动信号中映射于滚动体-缺陷前边沿开始作用时所对应的时间信息；运用互相关与包络技术提取滚动体即将脱离缺陷区前边沿所对应的时刻信息；通过微分理论与高通滤波方法提取滚动体撞击缺陷区后边沿时所对应的时刻信息；围绕滚动体-缺陷接触诱发的多冲击事件激励，分析滚动体-缺陷接触几何位置关系，基于动力学等理论，建立滚动轴承外圈缺陷尺寸宽度估计模型，输入关键时间信息，实现外圈缺陷尺寸估计。实现外圈缺陷尺寸估计。实现外圈缺陷尺寸估计。
技术研发人员：罗茂林 王鑫 苏祖强 徐涛金
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2022/8/30