一种轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法

本发明涉及轴承制造，特别涉及一种轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法。

背景技术：

1、滚动轴承是旋转机械中的关键零部件，起到轴系支撑和运动传递的作用，因其结构紧凑，机械效率高和精度高等优点，被广泛应用于航空航天、风力发电、汽车工业等重要领域。据统计，旋转机械中，30％的故障是由轴承引起的，风电齿轮箱传动系统中，50％的故障与轴承有关。然而，滚动轴承早期故障诊断成功率低，目前仍是学术界的研究热点和工程上的难点。其根本原因之一是轴承早期故障的内激励微弱，振动特征容易受到波纹度的激励影响，导致振动特征与轴承内外激励的映射关系不明、作用机理不清，影响了早期故障振动特征的识别。实际轴承运行过程中产生的早期故障，一方面其尺度与波纹度尺寸存在相近的情况，另一方面早期局部缺陷表面也存在形貌尺度。但是，目前的波纹度、局部缺陷及表面形貌等的表征方法，对波纹度的尺度和局部缺陷形貌尺度相近且共存轴承滚道时的表征能力不足，从而影响了滚动轴承早期故障的识别。

技术实现思路

1、本发明提供一种轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，以克服波纹度的尺度和局部缺陷形貌尺度相近且共存轴承滚道时的表征能力不足的问题，实现滚动轴承局部缺陷精准表征。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，包括以下步骤：

4、s1，通过高斯分布函数生成随机矩阵r，并根据高斯分布函数得到高斯滤波器函数，根据拟模拟的波纹度的参数选取高斯滤波器函数的参数以定义高斯滤波器，从而生成高斯滤波器矩阵g，通过随机矩阵r和高斯滤波器矩阵g的卷积计算生成轴承滚道随机波纹度矩阵z；

5、s2，从随机矩阵r中定义预设大小区域作为局部缺陷区间，对局部缺陷区域采用高斯分布函数重新生成随机矩阵作为缺陷随机矩阵r'，定义局部缺陷的深度和根据缺陷尺度定义高斯滤波器得到缺陷尺度的高斯滤波器g；

6、s3，根据拟模拟的局部缺陷的特点选取局部缺陷趋势模拟函数，得到趋势矩阵t；

7、s4，将缺陷随机矩阵r'与缺陷尺度的高斯滤波器矩阵g'进行卷积得到局部缺陷随机矩阵d'，然后将局部缺陷随机矩阵d'与趋势矩阵t相加获得局部缺陷矩阵d；

8、s5，通过切片法从步骤s1中获得的滚道随机波纹度矩阵z中选择满足要求的波纹度曲线以及从步骤s4中获得的局部缺陷矩阵d中选择满足要求的局部缺陷曲线，将选择的波纹度曲线和局部缺陷曲线进行叠加和平滑操作后形成满足要求的轴承滚道统一矩阵，即波纹度-局部缺陷多尺度模拟曲线。

9、进一步的，步骤s1中，轴承滚道波纹度矩阵z可表示为：

10、

11、式中，r表示采用高斯分布函数g(x,y)生成均值为0，标准差为σ的服从正态分布的随机数据矩阵，大小为n×n，g表示基于高斯滤波器函数g′(x,y)生成且能反映波纹度特点的高斯滤波器矩阵；

12、

13、

14、

15、式中，cl表示波纹度沿x和y方向的相关长度，nw为假设的待模拟的轴承波纹度阶数，l为所在滚道的滚道周长，λi为每阶波纹度的波距，为波纹度的平均波距，s表示相关长度控制系数。

16、进一步的，经回归验证当s＝0.55时，模拟效果最佳。

17、进一步的，步骤s3中，

18、在波纹度模拟区间长度上定义理想局部缺陷长度l，宽度b和剥落的起始位置(x0,y0)；

19、根据拟模拟的局部缺陷的特点，从常用的趋势函数中选取一趋势函数作为局部缺陷趋势模拟函数；

20、将选取的多个局部缺陷趋势模拟函数进行组合得到趋势矩阵t，实现实际复杂形貌的准确描述。

21、进一步的，步骤s3中，将缺陷区间内的缺陷矩阵r′与缺陷尺度的高斯滤波器矩阵g′按照公式(11)进行卷积，将局部缺陷随机矩阵d′与趋势矩阵t按照公式(12)进行相加：

22、

23、d＝d′+t                                 (12)

24、进一步的，按照公式(13)将选择的波纹度曲线和局部缺陷曲线进行叠加操作，按照公式(14)对叠加后的曲线进行平滑操作。

25、x＝[z(1:x0,m),d(:,q),z(x0:n,m)]                     (13)

26、x＝smooth(x)                             (14)

27、由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

28、本发明的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，通过定义波纹度尺度的高斯滤波器生成滚道随机波纹度矩阵z，并得到缺陷区间内的缺陷随机矩阵r'与缺陷尺度的高斯滤波器矩阵g；通过选取合适的趋势函数得到趋势矩阵t；将缺陷随机矩阵r'与缺陷尺度的高斯滤波器矩阵g'进行卷积得到局部缺陷随机矩阵d'，然后将局部缺陷随机矩阵d'与趋势矩阵t相加获得局部缺陷矩阵d；通过切片法从滚道随机波纹度矩阵z中选择满足要求的波纹度曲线以及局部缺陷矩阵d中选择满足要求的局部缺陷曲线，将选择的波纹度曲线和局部缺陷曲线进行叠加和平滑操作后形成满足要求的轴承滚道表面波纹度-局部缺陷多尺度模拟曲线，实现对滚动轴承的表征能力的提高，以克服波纹度的尺度和局部缺陷形貌尺度相近且共存轴承滚道时的表征能力不足的问题，实现滚动轴承局部缺陷的精准表征。

技术特征：

1.一种轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，步骤s1中，轴承滚道波纹度矩阵z可表示为：

3.如权利要求2所述的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，经回归验证当s＝0.55时，模拟效果最佳。

4.如权利要求1所述的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，步骤s3中，

5.如权利要求1所述的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，步骤s3中，将缺陷区间内的缺陷矩阵r′与缺陷尺度的高斯滤波器矩阵g′按照公式(11)进行卷积，将局部缺陷随机矩阵d′与趋势矩阵t按照公式(12)进行相加：

6.如权利要求1所述的轴承滚道波纹度-局部缺陷多尺度表征方法，其特征在于，按照公式(13)将选择的波纹度曲线和局部缺陷曲线进行叠加操作，按照公式(14)对叠加后的曲线进行平滑操作。

技术总结
本发明提供一种轴承滚道波纹度‑局部缺陷多尺度表征方法，属于轴承制造技术领域。包括以下步骤：S1，通过高斯分布函数生成矩阵R和矩阵G，卷积计算生成矩阵Z；S2，从矩阵R中重新生成矩阵R'，定义局部缺陷参数得到缺陷尺度的高斯滤波器G；S3，根据拟模拟的局部缺陷的特点，得到趋势矩阵T；S4，矩阵R'与矩阵G'进行卷积得到局部缺陷随机矩阵D'，然后将局部缺陷随机矩阵D'与趋势矩阵T相加获得局部缺陷矩阵D；S5，通过切片法从步骤S1中获得波纹度曲线以及从步骤S4中获得局部缺陷曲线，叠加和平滑操作后得到波纹度‑局部缺陷多尺度模拟曲线，克服波纹度的尺度和局部缺陷形貌尺度相近且共存轴承滚道时的表征能力不足的问题，实现滚动轴承局部缺陷的精准表征。

技术研发人员：徐敏敏,覃智涛,高宇,杨蓉,黄伟,邵毅敏
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8