基于广义解调时频分析的包络阶次谱在齿轮故障诊断中的应用

提出了基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法,并将它应用于齿轮瞬态信号的分析.广义解调时频分析是一种新的时频分析方法,它可以将多分量的信号分解为若干个具有物理意义的单分量信号的瞬时频率,每个单分量信号可以是调幅-调频信号,因此非常适合处理多分量的调幅-调频信号.而当齿轮发生故障时,其启停过程中的振动信号恰巧表现为多分量的调幅-调频特征,在基于广义解调时频分析的包络阶次谱方法中,首先采用广义解调时频分析方法将多分量的齿轮振动信号分解为若干个单分量信号,其次对各个单分量信号进行包络分析,然后对包络信号进行角域重采样,最后对重采样后的信号进行频谱分析,得到包络阶次谱,从而判断齿轮的工作状态.采用该方法分别对仿真和实验信号进行了分析,结果表明了该方法的有效性.     

广义解调时频分析方法在调制信号处理中的应用

介绍了一种新的信号处理方法-基于广义解调的时频分析方法,并将这种方法应用于调制信号的处理。广义解调时频分析方法采用广义解调将时频分布是曲线的信号变换为时频分布是平行于时间坐标轴的直线的信号,然后采用最大重叠离散小波包变换（Maximal overlap discrete wavelet packet transform,简称MODWPT）对广义解调后的信号进行分解,得到若干个瞬时频率和瞬时幅值都具有物理意义的单分量信号,再对各个单分量信号进行逆广义解调,进一步求出瞬时频率和瞬时幅值,从而得到原始信号完整的时频分布。采用广义解调时频分析方法对调幅-调频信号进行了分析,结果表明该方法能有效地提取调幅-调频信号的调制信息。     

基于生成微分方程的行星齿轮箱故障振动信号解调分析

行星齿轮箱振动信号具有明显的调制特点,幅值解调和频率解调分析能够有效提取其中的故障信息。生成微分方程(GDE)方法可以估计调制信号的幅值包络和瞬时频率,实现解调分析,但该方法需要信号满足单分量要求。实际行星齿轮箱振动信号通常由复杂多分量成分组成,为实现信号的幅值解调和频率解调分析,应用经验模式分解(EMD)将信号分解为单分量本质模式函数,基于生成微分方程计算瞬时频率和幅值包络,根据瞬时频率的波动特点选择本质模式函数作为敏感分量,由敏感分量的包络谱和瞬时频率的Fourier频谱识别故障特征频率。通过行星齿轮箱故障模拟实验数据分析验证了解调分析方法的效果。     

基于LMD的能量算子解调方法及其在故障特征信号提取中的应用

. 局域均值分解是将多分量调频调幅信号分解为一系列单分量调频调幅信号的有效时频分析方法。为提取故障信号的特征,提出了基于局域均值分解的能量算子解调方法,局域均值分解将复杂的多分量信号分解为若干个乘积函数的线性组合,再通过能量算子解调方法可求取每个乘积函数的幅频信息,从而可进一步获取故障信号的时频分布或提取其故障特征。为提高分析精度,提出了特征趋势正弦函数数据延拓方法以有效克服端点效应的影响。实验信号的分析结果表明,所提出的基于局域均值分解的能量算子解调方法能有效提取机械故障振动信号的特征。     

基于变分模式分解的行星齿轮箱齿轮组合故障频率解调分析

行星齿轮箱组合故障振动信号具有多源调制特点,在频域内边带结构复杂,通过常规Fourier频谱分析难以有效提取故障特征;组合故障振动信号的调频部分包含故障信息,且不受传递路径影响。为了准确提取行星齿轮箱组合故障特征,提出基于变分模式分解的频率解调分析方法。根据采样频率和载波频率确定单分量个数,通过变分模式分解将多分量信号自适应地分解为一系列本质模式函数;计算本质模式函数的瞬时频率,根据中心频率和啮合频率的匹配关系选取敏感单分量;通过分析敏感单分量瞬时频率频谱诊断组合故障。通过仿真信号和实验信号分析验证了方法的有效性,诊断了太阳轮与行星轮、太阳轮与齿圈、行星轮与齿圈的组合故障。     

局部均值分解方法及其在齿轮故障诊断中的应用

研究了一种新的自适应时频分析方法--局部均值分解LMD(Local mean decomposition)方法.并针对齿轮故障振动信号的调制特征,提出了基于LMD的齿轮故障诊断方法.LMD方法可以自适应地将任何一个复杂信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的PF(Product function)分量之和,从而获得原始信号完整的时频分布,其本质上是将多分量的信号自适应地分解为若干个单分量的调幅-调频信号之和,非常适合于处理多分量的调幅-调频信号.在介绍LMD方法的基础上,对LMD和EMD(Empirical mode decomposition)方法进行了对比,结果表明了LMD方法的优越性,同时将LMD方法应用于齿轮故障诊断,对实际的齿轮故障振动信号进行了分析,结果表明LMD方法可以有效地应用于齿轮故障诊断.     

基于频移及谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法

通过对旋转机械变速运行齿轮箱振动研究,提出基于频移及谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法。对齿轮箱变速等非稳态信号进行时域同步采样,利用阶比跟踪对时域信号等角度重采样转换为角域准平稳信号,克服转速波动对信号分析产生的频率模糊现象;对角域信号进行同步平均削弱与转速无关的频率成分,提高信噪比;对平均信号进行窄带解调分析,通过对阶比谱自动编辑分离出齿轮故障主要啮合阶比分量后恢复到角域信号,进行幅值解调及基于频移的相位解调,据幅值解调及相位解调波形图提取齿轮故障特征。结果表明,基于频移、谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法能有效提取齿轮故障特征信息。     

基于广义解调平滑能量分离算法的瞬时频率估计

平滑能量分离算法能够跟踪调幅调频信号的瞬时频率,结合广义解调和复解析Gabor滤波器的优点能够克服平滑能量分离算法只适用于单分量窄带信号以及对噪声敏感的局限性。理论分析了负频干扰对传统广义解调多分量分离方法的影响,在此基础上提出了一种新的基于广义解调的平滑能量分离算法,该方法利用广义解调将非平稳信号转化为准平稳信号,再通过复解析Gabor滤波器对其进行滤波以达到单分量信号分离的效果,分离出来的准平稳信号无需进行逆广义解调,直接采用平滑能量分离算法求取瞬时频率,经过频率补偿得到原始信号的瞬时频率。仿真和试验结果表明该方法能够克服负频率干扰,且比传统方法具有更高的解调精度,进一步扩大了平滑能量分离算法的应用范围。     

基于ASTFA和SDEO解调的行星齿轮箱故障诊断方法

针对行星齿轮箱故障信号的调制特点,提出基于自适应最稀疏时频分析(Adaptive and Sparsest TimeFrequency Analysis,ASTFA)和对称差分能量算子(Symmetric Difference Energy Operator,SDEO)相结合的解调方法,用于提取故障信号的瞬时幅值和瞬时频率信息。采用ASTFA方法分解行星齿轮箱故障信号,得到若干个单分量信号,采用SDEO进行解调,得到各单分量信号的瞬时幅值和瞬时频率,并计算得到包络谱。采用该方法分析行星齿轮箱故障仿真信号和故障实际信号,结果表明,该方法能准确地提取故障特征,实现行星齿轮箱故障诊断。     

局部均值分解在齿轮故障诊断中的应用研究

局部均值分解(Local Mean Decomposition,简称LMD)作为一种新的自适应的时频分析方法,在故障诊断领域开始得到研究。本文利用仿真信号研究了LMD算法的特性,验证了LMD处理描述齿轮故障信号特征的多分量调幅调频信号的有效性;在此基础上将LMD综合应用于断齿、磨损和剥落三种齿轮故障诊断中,并与传统解调方法进行了对比。结果表明,LMD方法可以有效提取故障齿轮的故障特征,消除虚假成分的影响,从而提高了齿轮故障诊断的准确性     

基于MODWPT的Hilbert谱及其在齿轮故障诊断中的应用

在对基于最大重叠离散小波包变换(Maximal overlap discrete wavelet packet transform,简称MODWPT)的Hilbert谱方法进行介绍的基础上,将基于MODWPT的Hilbert谱应用于齿轮故障诊断当中。采用MOWDWPT可将多分量的复杂信号分解为若干个瞬时频率和瞬时幅值具有经典物理意义的单分量之和,然后求出各个单分量信号的瞬时频率和瞬时幅值,再进行组合便可以得到原始复杂信号完整的时频分布。对具有裂纹和断齿的齿轮故障振动信号的分析结果表明,基于MODWPT的Hilbert谱可以有效地提取齿轮振动信号的故障特征。     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。     

A Method for Gear Fault Diagnosis Based on the Empirical Mode Decomposition

According to the characteristics of gear fault vibration signals, a method for gear fault diagnosis based upon the empirical mode decomposition (EMD) is proposed in this paper. By using EMD, any complicated signal can be decomposed into a finite and often small number of intrinsic mode functions ( IMFs) , which are based upon the local characteristic time scale of the signal. Thus, EMD is perfectly suitable for non-stationary signal processing and fault characteristics extracting. It is well known that a gear vibration signal consists of a number of frequency family components, each of which is a modulated signal. Thus, we can use EMD to decompose a gear fault vibration signal into a number of lMF components, some of which correspond to the frequency families, and the others are noises. Therefore, the frequency families can be separated and the noise can be decreased at the same time. The proposed method has been applied to gear fault diagnosis. The results show that both the sensitivity and the reliability of this method are satisfactory.     

应用Hilbert变换和ZFFT提取变速器齿轮故障特征

变速器故障齿轮振动信号,调幅现象和调频现象同时存在,其频谱中包括啮合频率及其谐波、调制产生的耦合频率。Hilbert变换无法提供足够高的频率分辨率解调低频调制信号,为此提出复调制细化谱分析方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,对包络信号进行复调制细化谱分析,得到齿轮轴转频基波及其谐波幅值。随着齿轮磨损程度的增加,齿轮轴转频基波及其谐波幅值明显增大,可作为齿轮磨损故障特征参数。     

基于频谱编辑和调制信号双谱的齿轮裂纹故障诊断

齿轮产生裂纹故障时,其振动信号中的周期性故障冲击成分易被其他旋转部件的谐波信号以及背景噪声淹没,导致故障特征难以提取。针对这一问题,首先用改进的频谱编辑方法对原始信号中谐波分量进行抑制,提高信噪比;然后对编辑后的信号进行双谱分析,采用相邻切片融合平均的方法对双谱进行降噪,从降噪后双谱中选取故障特征频率明显的切片进行组合平均得到复合切片谱,进而提取出齿轮的故障特征。仿真和实验信号表明:在低信噪比条件下,频谱编辑与调制信号双谱相结合的方法能够有效抑制谐波信号以及白噪声的干扰,提取出故障特征,实现齿轮裂纹故障诊断。     

基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法

为实现风电机组齿轮箱及时有效地监测和维护,提出基于小波包与倒频谱分析的风电机组齿轮箱齿轮裂纹诊断方法。该方法针对齿轮裂纹振动信号为转速频率对啮合频率及其倍频调制的特点,利用小波包分解来识别振动信号中的故障特征,通过小波包频带能量监测得到故障部位的啮合频率范围;考虑到倒频谱可以分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分,基于倒频谱识别故障部位的转速频率,综合利用两种频谱分析方法得到的啮合频率和转速频率,能诊断故障部位和类型。实验研究表明,该方法能精确地诊断齿轮裂纹故障,并可以实现对风电机组齿轮在复杂环境中退化状态的监测,预防断齿等重大故障的发生。     

局部均值分解在旋转机械复合故障诊断中的应用

针对旋转机械复合故障振动信号的非平稳特征,开展一种基于局部均值分解(local mean decomposition, LMD)的旋转机械复合故障诊断方法研究。该方法首先通过局部均值分解方法将振动信号分解为若干个PF分量(product function)和一个残余分量之和,然后通过计算各PF分量与原始复合故障信号的相关系数来确定包含故障特征信息的主要成分;最后针对主要成分中的低频分量进行频谱分析从而提取轴的故障特征。针对主要成分中的高频分量采用包络谱分析提取调制故障特征,即提取轴承故障特征。对齿轮箱的轴承、轴复合故障振动信号的分析结果表明了该方法的有效性和可行性。     

基于机匣振动信号的滚动轴承故障特征提取

通过进行带机匣测点的滚动轴承故障模拟实验,获取滚动轴承在故障状态条件下,轴承座测点和机匣测点的振动数据。分析结果显示,相对于轴承座,机匣上的振动信号成分复杂,轴承故障特征不明显,直接进行包络解调无法提取故障特征。通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD),差分谱中各峰值处奇异值可以表征不同成分的信号。当轴承故障信号微弱时,第一个峰值处的奇异值重构信号往往代表转频及其调制信号分量,选取该靠后峰值处的奇异值进行信号重构可以有效提取轴承故障特征信号。研究内容为实际基于机匣测点信号的航空发动机滚动轴承故障特征提取提供了一种新的方法。     

梳状滤波器在滚动轴承早期故障诊断中的应用

在滚动轴承的早期故障信号中,由于较强的齿轮啮合频率以及噪声成份的存在,致使故障特征的提取比较困难.应用二阶循环平稳方法可以有效的抑制噪声,提取出信号中的周期成份,但无法排除啮合频率的干扰.提出了构造梳状滤波器滤除啮合频率,然后进行二阶循环平稳分析的滚动轴承早期故障诊断方法,并通过实际工程信号进行了验证.     

"双时域四谱"法在振动信号分析中的应用

准确地提取各种典型故障的振动信号的时频域特征是进行机械故障诊断的关键．为了综合提高诊断能力,突出信号特征,本文介绍了一种信号分析与故障诊断新方法,该方法以“双时域四谱”综合诊断法为理论基础．具体应用双时域（原始时域和包络时域分析）和四频域（功率谱分析、细化谱分析、解调谱分析、倒频谱分析）的振动诊断方法,综合各自的诊断优势,对用特征振动信号进行诊断的问题进行了研究,并阐述了这些方法的特点和功能．