技术特征：
1.一种基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其特征在于，其包括以下步骤，第一步骤(s1)中，建立齿轮箱箱体的三维有限元模型，提取所述三维有限元模型的模态参数和三维有限元模型的节点坐标，其中，通过模态分析提取所述三维有限元模型前n
s
阶模态参数、模态频率f
i
和大小为n
dof
×
1的位移模态振型φ
i
，构造齿轮箱箱体的全场位移模态振型矩阵大小为n
dof
×
n
s
，其中，n
s
表示振动多模态数目，i表示模态阶次，n
dof
表示所述三维有限元模型的自由度数目，n
dof
＝3n
no
，n
no
表示所述三维有限元模型的节点数目；第二步骤(s2)中，确定加速度传感器优化布局方案，包括加速度传感器的数量和安装位置，其中，加速度传感器布置在测点候选集，提取所述测点候选集中各候选测点的位移模态振型，构造位移模态振型的测点候选矩阵大小为n
c
×
n
s
，其中，φ
i*
为测点候选集内候选测点的第i阶主要振动位移模态振型，n
c
表示测点候选集内候选测点的数目，从测点候选矩阵φ
p
中随机选取n
at
个设有加速度传感器的测点构造大小为n
at
×
n
s
的测点位移模态振型矩阵φ
at
，并计算其矩阵条件数w，这个随机过程重复l次，并从中选择条件数w最小时的加速度传感器布置方案以作为加速度传感器优化布局方案；第三步骤(s3)中，建立有限测点加速度响应和齿轮箱箱体全场加速度响应的转换矩阵，t
a
＝φ
×
φ
at-1
，大小为3n
no
×
n
at
；其中， at-1
是测点位移模态振型矩阵的逆矩阵，大小为n
at
×
n
s
；第四步骤(s4)中，基于加速度传感器优化布局方案布置的n
at
个所述加速度传感器获取齿轮箱箱体的实测的有限测点加速度响应，其中a
m*
(t)表示系统第m号加速度传感器实测加速度响应，根据所述有限测点加速度响应经由所述转换矩阵t
a
得到所有节点的加速度响应a(t)＝t
a
a
at
(t)，其中，其中，a
i，x
(t)表示齿轮箱箱体第i个节点x方向的加速度响应，a
i，y
(t)表示齿轮箱箱体第i个节点y方向的加速度响应，a
i，z
(t)表示齿轮箱箱体第i个节点z方向的加速度响应；第五步骤(s5)中，按照节点的加速度响应的数值大小赋予节点颜色，根据所述节点坐标和节点颜色绘制齿轮箱箱体全场加速度响应云图以可视化展示重构的齿轮箱箱体全场加速度响应；第六步骤(s6)中，基于实时获得的有限测点加速度响应a
at
(t)经由所述转换矩阵t
a
得到齿轮箱箱体所有节点实时加速度响应a(t)，以及生成齿轮箱箱体实时全场加速度响应云图；第七步骤(s7)中，将所述实时工作状态下的齿轮箱箱体全场加速度响应云图与正常工作条件下的齿轮箱箱体全场加速度响应云图进行比较，其中，比较加速度响应数值分布、全场最大加速度响应数值和加速度响应最大的节点的位置，判断齿轮箱是否发生故障。2.根据权利要求1所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，优选的，第一步骤(s1)中，所述节点坐标为coor
no
＝[no，cx，cy，cz]，其中，no表示节点号，cx表示节点x坐标，cy表示节点y坐标，cz表示节点z坐标。
3.根据权利要求1所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，第二步骤(s2)中，加速度传感器数目n
at
与振动多模态数目n
s
的关系为：n
at
≥n
s
。4.根据权利要求1所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，第五步骤(s5)中，将时刻t0的箱体各节点加速度响应的数值范围r划为9个相等大小区间r
i
(1≤i≤9)，每个区间对应一种颜色，按照节点加速度响应的数值大小给每个节点添加节点加速度响应所属区间对应的颜色，根据提取的各节点坐标和各节点颜色画出重构的加速度响应场的散点图以可视化展示重构的全场加速度响应。5.根据权利要求4所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，在散点图中将加速度响应最大的节点用max进行标注。6.根据权利要求4所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，第五步骤(s5)中，绘制指示条以清晰展示所述全场加速度响应的大小和分布，将起始端点为a
min
、末尾端点为a
max
的线段平均分为9份，在端点和各等分点分别标注数值大小a
min
、a
max
，并且为每小段线段添加数值区间对应的颜色，其中，a
min
表示所有节点加速度响应的最小值，a
max
表示所有节点加速度响应的最大值，|r|表示数值范围r的大小，j表示第j个等分点，所述散点图和指示条共同构成t0时刻齿轮箱箱体全场加速度响应云图。7.根据权利要求t所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，还包括，第八步骤(s8)中，使用带通滤波器保留n
at
个加速度传感器测量响应中的齿轮箱典型故障特征频率f0成分的响应a
at0
，基于响应a
at0
，重构齿轮箱箱体典型故障特征频率f0成分的全场加速度响应，找到测点候选集中加速度响应最大的测点作为齿轮箱故障敏感测点，监测分析所述敏感测点的测点响应，与正常条件下该测点响应做对比，根据敏感测点响应中故障特征频率信息是否发生明显变化，判断齿轮箱是否发生典型故障特征频率f0对应的典型故障。8.根据权利要求7所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，第八步骤(s8)中，使用带通滤波器保留所述n
at
个加速度传感器测量响应中的齿轮箱典型故障特征频率f0成分的响应a
at0
，基于滤波后所得的响应a
at0
，经由所述转换矩阵t
a
，重构齿轮箱箱体典型故障特征频率f0成分的全场加速度响应a0(t)。9.根据权利要求8所述的基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，其中，第八步骤(s8)中，对于所述齿轮箱箱体典型故障特征频率f0成分的全场加速度响应a0(t)，找到测点候选集φ
p
中加速度响应最大的测点，对应的节点号为n
a0_max
，其为齿轮箱故障敏感测点d0，监测所述故障敏感测点d0的响应对所述故障敏感测点的响应开展fft分析，生成所述故障敏感测点响应的频谱图，同齿轮箱正常工作条件下该测点响应频谱图做对比，若所述故障敏感测点响应的频谱图中故障特征频率信息发生显著变化，则判断齿轮箱发生典型故障特征频率f0对应的典型故障，否则，则判断齿轮箱未发生典型故障特征频率f0对应的典型故障。
技术总结
公开了一种基于结构加速度响应全场重构的齿轮箱故障检测方法，方法中，根据有限测点的加速度响应基于转换矩阵得到齿轮箱箱体所有节点的加速度响应；根据各节点坐标和各节点颜色绘制齿轮箱箱体全场加速度响应云图；实时开展全场响应反演重构并监测齿轮箱箱体工作状态下的结构全场加速度响应云图；比较加速度响应数值分布、全场最大加速度响应数值和加速度响应最大的节点的位置，判断齿轮箱是否发生故障；基于重构齿轮箱箱体典型故障特征频率成分的全场加速度响应确定齿轮箱故障敏感测点，根据敏感测点响应中故障特征频率信息是否发生明显变化，判断齿轮箱是否发生典型故障特征频率对应的典型故障。频率对应的典型故障。频率对应的典型故障。
技术研发人员：王亚南 李志国 乔百杰 曹宏瑞 陈雪峰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/11/25