二阶循环相关解调法对调频信号的解调研究

为克服传统解调方法对多载波调频信号解调分析时所产生的混频现象,推导了二阶循环相关解调法对调频信号的解调公式,并对多载波调频仿真信号进行了解调分析。提出利用循环谱切片图识别多载波调频信号的调制频率、载波频率和混频信息的规律,并将该方法用于空分机齿轮箱碰磨故障诊断,结果表明,该方法能够有效地识别各载波频率信息和混频信息,提取故障特征频率。     

基于形态分量分析与能量算子解调的齿轮箱复合故障诊断方法

针对齿轮箱复合故障的故障特征分离,提出了一种基于形态分量分析与能量算子解调的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法先根据振动信号中各组成成分形态的差异,采用形态分量分析方法构建不同形态的稀疏表示字典进行故障成分分离,将齿轮箱复合故障信号分解为包含齿轮故障信息的谐振分量、包含轴承故障信息的冲击分量和噪声分量,然后分别对谐振分量和冲击分量进行能量算子解调分析,最后根据各解调谱诊断齿轮和轴承故障。算法仿真和应用实例表明该方法能有效地分离齿轮箱复合故障振动信号中齿轮与轴承的故障特征。     

基于改进经验小波变换的行星齿轮箱故障诊断

行星齿轮箱振动信号具有复杂多分量和调幅-调频的特点。幅值解调和频率解调方法能够避免传统Fourier频谱中的复杂边带分析,有效识别故障特征频率。经验小波变换通过对信号Fourier频谱的分割构造一组正交滤波器组,能提取具有紧支撑Fourier频谱的单分量成分,再对单分量成分运用Hilbert变换即可实现信号的解调分析。经验小波变换能够有效分离出调幅-调频成分,不存在模态混叠现象,具有完备的理论基础,自适应性好、算法简单、计算速度快。将改进的经验小波变换应用于行星齿轮箱振动信号的解调分析;提出了一种单分量个数的估算方法,解决了经验小波变换中的Fourier频谱划分问题;给出了对故障敏感的信号分量的选取方法,提高了分析的针对性。将改进方法应用于行星齿轮箱振动仿真信号和实验信号分析,验证了该方法的有效性。     

齿轮箱复合故障振动信号的形态分量分析

在改进形态分量分析系数阈值去噪方法的基础上,将其用于齿轮箱复合故障振动信号的分析。齿轮箱中的齿轮出现局部故障时,其振动信号中往往出现调幅调频成分;而滚动轴承出现局部故障时,其振动信号中往往出现周期性瞬态冲击成分。调幅调频成分的幅值变化相对缓慢,可看作信号中的光滑部分;而瞬态冲击成分的幅值变化较快,可看作信号中的细节部分,故可依据此形态差异实现二者的分离。采用形态分量分析方法将齿轮箱复合故障振动信号分解为包含滚动轴承局部故障信息的冲击分量、包含齿轮局部故障信息的谐振分量及残余分量,根据冲击分量和谐振分量的Hilbert包络解调谱分别诊断滚动轴承和齿轮的局部故障。对齿轮箱复合故障振动信号的分析结果表明,该方法可有效分离滚动轴承与齿轮的故障特征,且效果要优于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法。     

基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断

为从变转速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障特征,提出基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号中的转速信号,根据转速信号对信号进行等角度采样,获取角域周期平稳信号,求取角域信号的循环自相关函数,在特征循环阶比处对循环自相关函数进行切片,并对切片进行解调分析得到切片解调谱,依据切片解调谱进行齿轮故障诊断。由于线调频小波路径追踪算法具有精度高和抗噪能力强的优点,而循环平稳解调算法可以有效提取淹没在噪声中的周期性故障特征,因而,该方法结合了二者的优点,适合于变转速齿轮信号的故障特征提取。算法仿真和应用实例表明,该方法能有效地提取变转速齿轮箱振动信号中的齿轮故障特征。     

基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法

针对变转速下的齿轮箱中复合故障的特征提取,提出了一种基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法.该方法先用线调频小波路径追踪算法从原始振动信号中提取转频信号,再根据转频信号对原始振动信号进行等角度重采样,将时域非平稳信号转化为角域周期平稳信号,最后对角域周期平稳信号进行循环平稳解调分析,根据故障特征阶次处的切片解调谱进行齿轮箱复合故障诊断.通过算法仿真和应用实例对包含齿轮局部故障和轴承局部故障的变转速齿轮箱复合故障进行了分析,分析结果表明,该方法在无转速计的情况下能有效地提取处于变转速下的齿轮箱复合故障的特征.     

齿轮箱故障振动信号的阶比多尺度形态学解调

为从非平稳转速齿轮箱故障振动信号中提取包含故障信息的特征频率,提出阶比多尺度形态学解调方法,该方法采用线调频小波路径追踪算法获得齿轮箱转速信号,根据转速信号对时域振动信号进行等角度重采样,并用基于信号局部峰值的方法确定多尺度形态学分析的结构元素,用各结构元素对重采样信号进行形态学操作,对操作结果的平均值做频谱分析,以完成阶比多尺度形态学的解调过程。由于噪声与线调频基元函数的相似性很小,使得线调频小波路径追踪算法能从低信噪比的时域振动信号中准确获得转速信号,而多尺度形态学解调是对各尺度形态学分析结果的平均值进行频谱分析,能有效地抑制噪声,从而使得该方法具有很好的抗噪性能,适合用于工程实际中转速波动齿轮箱振动信号的分析,仿真分析和应用实例证明该方法的有效性和优越性。     

基于EMD和Hilbert解调的齿轮箱故障诊断

针对复杂的齿轮箱振动信号难以提取出故障特征频率的问题,提出了一种将希尔伯特包络解调技术与经验模式分解(EMD)相结合的分析方法。首先对齿轮箱的故障信号进行了EMD分解,得到了本征模态函数(IMF分量),再对IMF分量进行了包络解调,得到了其调制信号,结合调制信号的频率成分可初步判断出齿轮箱中出现故障的齿轮;然后根据IMF分量与初始信号之间相关系数的大小,选择相关系数较大的分量重构信号,相当于对初始信号进行滤波;最后对重构的信号以啮合频率及其倍频为中心频率进行了带通滤波,对得到的信号进行了包络解调分析,再次进行了故障诊断,以验证故障诊断的准确性。整个过程通过对齿轮箱实测故障信号的分析加以验证。研究结果表明,该方法能够准确地提取出齿轮箱的故障特征频率,从而可以对齿轮箱故障进行有效地诊断。     

基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断

针对变转速下齿轮箱中滚动轴承故障调制特征的提取与分离,提出了基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪(CPP)算法从齿轮箱滚动轴承故障振动信号中估计出齿轮啮合频率,由啮合频率除以齿数得到齿轮箱的转速,同时,采用Hilbert包络解调方法获取轴承故障振动信号的包络信号;然后根据获取的转速信息设计各阶时变零相位滤波器;再采用各时变零相位滤波器对包络信号进行分析,获取各调制信号;最后,利用转速信号对求取的各调制信号进行阶次分析,并根据各阶次谱来诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例分析表明,该方法可有效提取和分离变速齿轮箱中滚动轴承的各阶故障调制特征。     

基于多尺度线调频基稀疏信号分解的广义解调方法及其在齿轮故障诊断中的应用

在基于多尺度线调频基稀疏信号分解的基础上,提出一种基于多尺度线调频基稀疏信号分解的广义解调方法,并将其应用于非平稳转速状态下的齿轮故障诊断.广义解调可以将时频分布呈曲线变化的多分量非平稳信号转化为时频分布平行于时间轴的平稳信号,因此非平稳信号经广义解调后满足傅里叶分析对平稳性的要求,而如何获取多分量信号的广义解调相位函数是广义解调方法的关键和难点.对信号进行基于多尺度线调频基的稀疏信号分解,得到分量信号的相位函数,再对分量信号进行广义解调和频谱分析得到齿轮故障特征频率.该方法非常适合于分析转速波动齿轮的多分量调幅-调频振动信号,仿真算例和应用实例说明了方法对变速齿轮箱故障诊断的有效性.     

基于振动信号的齿轮箱故障诊断

主齿轮箱是某船重要动力设备,需要对其进行经常性监测。测量了某船1#和2#主齿轮箱的振动加速度信号,比较了两齿轮箱振动信号的时间历程曲线和频谱,发现2#齿轮箱频谱最大幅值约为1#齿轮箱的2.5倍,而且该谱值对应的频率接近于啮合频率。在啮合频率附近对所测信号进行了带通滤波,对滤波后的窄带信号进行了Hilbert变换,得到了该窄带信号的包络。两齿轮箱的包络信号差异明显,1#齿轮箱包络信号的频谱频率成分丰富,而2#齿轮箱包络信号的频谱具有突出的单一频率成分。结果表明2#齿轮箱存在轻微的故障。而油液分析的结果也表明,2#齿轮箱的磨损大于1#齿轮箱,说明了采用的振动分析方法的合理性。     

基于振动信号耦合调制新模型和参数辨识的 风电齿轮箱齿圈故障监测

针对风电齿轮箱多级传动导致的振动耦合调制问题,提出了一种考虑级间调幅调频的齿圈故障新模型,并通过参数辨 识技术将其应用于齿圈故障监测。 某级齿圈故障特征频率会以调幅、调频方式,调制不同轮系的啮合频率,呈现出耦合调制现 象,本文针对该特殊调制规律,建立了两级齿圈故障下的振动信号耦合调制模型。 在此基础上,提出基于局部均值分解和列文 伯格-马夸尔特算法的参数辨识技术,确定故障辨识模型的调幅系数,进而可方便地构建出状态指标,以达到齿圈故障监测的目 的。 用现场数据进行验证,结果表明,新模型比传统模型描述振动信号更全面;借助参数辨识技术构建的指标能定位故障齿轮。     

齿轮传动中几种典型故障的振动图谱分析

加速度高频包络解调信号虽属低频范围,但与直接采集的加速度信号相比,具有更强的除噪能力,更能直接反映故障本质。通过齿轮传动中几种典型故障（ 如简单齿轮箱的松动、崩齿等严重故障以及较为复杂的齿轮箱不对中、轴承齿轮综合故障等） ,对这些故障的时域、频域信号进行了详细地分析,提出了这些典型故障的振动信号特征及诊断依据,进一步说明了高频包络解调信号的有效性。     

基于LCD的自适应小波脊线解调及齿轮故障诊断

针对最佳小波参数的设定和齿轮裂纹故障振动信号频率成分复杂、信噪比低等问题,将遗传优化算法、小波脊线解调与局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition,简称LCD)相结合,提出了基于LCD的自适应小波脊线解调方法。首先,采用LCD方法将原始信号分解为若干个内禀尺度分量(intrinsic scale component,简称ISC),并通过选择蕴含特征信息的ISC来实现信号降噪;然后,以小波能量熵为目标函数,采用遗传算法优化小波参数,得到自适应小波;最后,通过自适应小波分析提取ISC的小波脊线,从而实现对原始信号的解调分析。通过齿轮裂纹故障诊断实例验证了该方法的有效性和优越性。     

齿轮故障的循环频率信息诊断

根据旋转机械循环平稳特征,介绍循环频率估计的二阶循环矩估计方法,通过对调幅模型的仿真分析,进一步提出了倒二阶循环矩幅值谱和倒二阶循环矩平方谱故障诊断方法,并对其在齿轮调制类故障诊断中的有效性进行了仿真及实例分析。     

线调频小波路径追踪算法和FrFT相结合的升降速齿轮故障诊断方法

针对升降速阶段齿轮振动信号的非平稳特性,提出线调频小波路径追踪算法和分数阶傅里叶变换(Fractional Fouriertransform,FrFT)相结合的齿轮故障诊断方法。该方法采用线调频小波路径追踪算法获得升、降速阶段齿轮振动信号所包含的能量最大信号分量的瞬时频率,并通过对该瞬时频率时频曲线的观察,获得该瞬时频率近似于线性上升或下降的时间范围,提取该时间范围的齿轮振动信号段,用FrFT对所提取的振动信号段进行处理,得到齿轮振动信号段的FrFT频谱图,从FrFT频谱图存在的调制现象来判断齿轮故障。其中FrFT的最佳阶次可由瞬时频率的调频系数计算得到。由于噪声与Chirplet原子的相关性很小,使得线调频小波路径追踪方法对噪声不敏感;另一方面,选择合适的分数阶,信号的FrFT将具有很好的信噪分量效果,因此该方法可用于处理升降速阶段的低信噪比齿轮振动信号。仿真分析和应用实例验证了该方法的有效性和良好的抗噪性。     

一种无功率缺口的数控车床无级调速主传动系统

介绍一种以交流变频调速主轴电机驱动、串接一个３档分级变速机构，实现主轴无级变速的数控车床主运动传动系统。本系统满足主轴以最低转速切削时有足够大的功率，主轴恒功率区的变速范围较大且没有功率缺口，总降速比大，增扭倍数多，恒扭矩区的扭矩大。本分级变速机构采用背轮机构，为独立的简单变速箱，可以做成通用部件。这种分离传动布局形式比集中传动有诸多优点。     

Gearbox fault diagnosis using adaptive zero phase time-varying filter based on multi-scale chirplet sparse signal decomposition

When used for separating multi-component non-stationary signals, the adaptive time-varying filter(ATF) based on multi-scale chirplet sparse signal decomposition(MCSSD) generates phase shift and signal distortion. To overcome this drawback, the zero phase filter is introduced to the mentioned filter, and a fault diagnosis method for speed-changing gearbox is proposed. Firstly, the gear meshing frequency of each gearbox is estimated by chirplet path pursuit. Then, according to the estimated gear meshing frequencies, an adaptive zero phase time-varying filter(AZPTF) is designed to filter the original signal. Finally, the basis for fault diagnosis is acquired by the envelope order analysis to the filtered signal. The signal consisting of two time-varying amplitude modulation and frequency modulation(AM-FM) signals is respectively analyzed by ATF and AZPTF based on MCSSD. The simulation results show the variances between the original signals and the filtered signals yielded by AZPTF based on MCSSD are 13.67 and 41.14, which are far less than variances (323.45 and 482.86) between the original signals and the filtered signals obtained by ATF based on MCSSD. The experiment results on the vibration signals of gearboxes indicate that the vibration signals of the two speed-changing gearboxes installed on one foundation bed can be separated by AZPTF effectively. Based on the demodulation information of the vibration signal of each gearbox, the fault diagnosis can be implemented. Both simulation and experiment examples prove that the proposed filter can extract a mono-component time-varying AM-FM signal from the multi-component time-varying AM-FM signal without distortion.