一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法与流程

技术特征：
1.一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s100：采用数字滤波器对电主轴的振动信号x(t)进行带通滤波，消除低频和高频分量对频谱分析过程的干扰；步骤s200：读取并验证电主轴转频f
r
，在指定的频谱区间进行最大值搜索，确定基频f
b
，并通过其谐波频率信息进行修正；步骤s300：电主轴轴承接触角为15
°
或25
°
，以此为基础构建比例因子λ的候选集θ＝{θ
15
°
,θ
25
°
}，通过计算和逻辑判定确定比例因子λ；步骤s400：定义调制系数ρ，指定中心调制频率f
c
和载波频率f
e
，在频谱上滑动计算形成调制系数序列p
(κ)
,κ＝1,2，绘制p
(κ)
茎叶图构建索引序号构成集合i，j，则z＝i∩j；步骤s500：粗估轴径d
est
，以比例因子λ和滚子数量z为约束条件查阅轴承手册，确定轴承外径d和内径d。2.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤s100中，通过传感器采集电主轴空运行、稳态的振动信号x(t)，获取转频f
r
；传感器的采集位置为电主轴前端轴承外壳。3.根据权利要求2所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，采用数字滤波器对振动信号x(t)进行带通滤波的滤波通带为[10,20f
r
]。4.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤s200中，fft变换获取稳态振动信号x(t)的幅值谱x(f)，并根据谐波频率信息验证转频f
r
；在[0.4f
r
,0.47f
r
]区间内搜索局部最大值确定基频f
b
。5.根据权利要求4所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤s200中，利用谐波频率信息对f
b
进行匹配修正：计算nf
b
,n＝1,2,
…
,10，检查x(f)序列是否存在局部极值落在nf
b
的小邻域范围内([nf
b
‑
nf
δ
,nf
b
nf
δ
]，f
δ
为频谱分辨率，若超出范围，以该极值频率f
m
对f
b
进行修正f
b
＝f
m
/n。6.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤s300中，计算主轴轴承比例因子λ：构建比例因子λ候选集θ＝{θ
15
°
,θ
25
°
}，其中θ
τ
通过下式计算获得：若|round(θ
15
°
)
‑
θ
15
°
|≤|round(θ
25
°
)
‑
θ
25
°
|，则比例因子λ＝round(θ
15
°
)，反之λ＝round(θ
25
°
)。7.根据权利要求1所述的一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，其特征在于，在步骤s400中，计算主轴轴承滚子数量z：步骤s401：定义调制系数ρ：ρ＝sig<δ(f)
·
x(f)>
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，为有界非线性变换函数；
其中：f
c
为中心调制频率；f
e
为载波频率；步骤s402：分别取(f
c
,f
e
)＝(if
b
,f
r
)和(jf
r
‑
jf
b
,f
r
)，依次取i＝1,2,
…
,50和j＝1,2,
…
,35在x(f)上滑动计算调制系数序列步骤s403：绘制p
(1)
和p
(2)
序列的茎叶图并识别局部极值，以极值对应的索引序号构成集合i，j，则z＝i∩j；步骤s404：由几何关系推导轴承比例因子λ与滚子数上限z
max
之间的明确数量关系为z
max
＝floor(λπ)，计算并验证z<z
max
。

技术总结
本发明公开了一种基于振动谱分析的电主轴轴承结构参数推断方法，依次进行信号采集、滤波预处理、FFT变换、基频搜索、比例因子计算、调制系数序列构建的操作，最终获得的电主轴轴承结构参数包括：比例因子、滚子个数、轴承内外径尺寸，利于实现轴承的状态评估和故障预警。本发明基于电主轴振动信号频谱与理论的一致性开展振动谱分析，实现电主轴轴承结构参数的逆向推断，并通过实际生产验证了本发明的实用性和有效性。性和有效性。性和有效性。


技术研发人员：周昕 李梦梅 陶文坚 李连玉 熊虎山 吉勇
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/11/2