基于VMD阶比跟踪的变转速齿轮箱齿轮故障特征提取

针对变转速工况下齿轮箱齿轮阶比信号互相干扰故障特征难以提取的问题,提出了基于VMD(Variational Mode Decomposition)和阶比跟踪技术结合的齿轮箱齿轮故障特征提取方法。该方法通过计算阶比跟踪技术对振动信号进行角域重采样;获得重采样信号后,利用VMD按照中心阶比不同,自适应地将重采样信号分解,再利用峭度准则从IMF(Intrinsic Mode Function)分量中选取出故障信号;最后对故障信号进行快速谱峭图处理和滤波平方包络解调。通过变转速下齿轮箱的齿轮故障试验和对比分析,表明该方法能有效提取出变转速下齿轮箱的齿轮故障特征,且降噪效果明显,特征突出,适用于变转速齿轮箱的齿轮故障特征提取。     

基于c．RIO的阶次跟踪分析在风力发电中的应用

针对风力发电机组齿轮箱变速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪和信号包络提取技术相结合,提出了一种针对齿轮点蚀故障的诊断方法。首先利用Compact RIO对齿轮箱的振动信号进行了时域数据采集,然后对时域信号进行了包络提取,进而对时域包络信号进行等角域重采样得到等角域包络信号,最后对等角域包络信号进行了阶次跟踪分析;通过对比正常齿轮和点蚀故障齿轮的包络阶次谱,进而找到了点蚀故障齿轮的故障频率特征。模拟仿真结果表明,阶次跟踪分析可以解决传统傅里叶变换在处理非平稳信号时的“频谱模糊”现象。通过齿轮点蚀故障试验的分析,结果表明包络阶次谱能够用于有效地分析出点蚀故障齿轮的特征频率,阶次跟踪分析在风力发电机组齿轮箱的故障诊断中具有广阔的应用前景。     

VMD和奇异差分谱在齿轮早期故障诊断中的应用

针对齿轮故障振动信号的多分量、多频率调制特性且早期故障振动信号信噪比低,故障特征微弱难以提取的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和奇异值差分谱的故障诊断方法。首先对采集到的齿轮故障振动信号进行VMD分解,得到一系列窄带本征模态分量(band-limited intrinsic mode functions,BLIMFS),由于噪声的干扰,从各个模态分量的频谱中很难对故障做出正确的判断;然后根据相关系数准则,选取与原始信号相关系数较大的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求取奇异值差分谱,从差分谱中确定重构信号的有效阶次对信号进行降噪处理;最后对降噪处理后的信号进行Hilbert包络谱分析,即可从中准确地识别出齿轮的故障特征频率。仿真信号和齿轮箱齿轮故障模拟实验结果表明,该方法能够有效地降低噪声的影响,准确地提取到齿轮微弱的故障特征信息。     

基于阶次双谱的齿轮箱升降速过程故障诊断研究

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点，将常规的阶次分析与双谱分析技术相结合，提出了基于阶次双谱的齿轮箱故障诊断方法。首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域采样，再对时域信号进行等角度重采样，转化为角域平稳信号，最后对角域重采样信号进行双谱分析，就可提取轴承的故障特征。通过对轴承内圈故障实验信号的分析表明，该方法能有效地识别轴承的故障。     

齿轮箱起动过程故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪、角域平均和Teager能量算子分析技术相结合,提出了基于阶次跟踪和Teager能量算子分析的齿轮箱故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,再对时域信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,然后对角域信号进行角域平均和带通滤波,以消除干扰噪声的影响,最后由Teager能量算子计算振动信号的瞬时频率和瞬时幅值,根据瞬时频率和瞬时幅值图,就可提取齿轮的故障特征.通过对齿轮齿根裂纹故障试验信号的分析,表明该方法能有效地诊断齿轮的裂纹故障.     

基于形态分量分析的变工况齿轮箱故障诊断研究

齿轮箱变工况运行时表现为转速和负载的变化,其振动信号是非线性的多分量信号,变工况齿轮箱故障诊断是研究难点。首先使用数字微分的阶次跟踪方法对原始振动信号按计算得到等角度重采样时刻插值,将非平稳的振动信号转化为角域平稳信号;然后使用形态分量分析(MCA)方法从角域信号中分离出冲击、简谐分量与噪声成分,提取齿轮箱非线性、多分量信号中的故障特征;再对冲击分量做角域平均突出故障特征,最后进行瞬时功率谱分析识别齿轮是否有故障。实验分析表明,使用此方法能根据瞬时功率谱分布的阶次和角度范围识别故障,适用于变工况下的故障齿轮检测。     

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.     

基于ATF与ASAD的变转速齿轮故障诊断

针对变工况、强噪声状态下齿轮的故障特征难以提取的问题,提出了一种基于自适应时变滤波(Adaptive time-varying filtering,ATF)与角域同步平均降噪(Angle domain synchronous average denoising,ASAD)的齿轮故障诊断方法.将ASAD与ATF相结合,对降噪后的信号进行阶次谱分析,并通过阶次谱中的调制边频带即可诊断齿轮局部故障.通过分析模拟数据及变转速齿轮箱试验台的数据表明,该方法对变转速状态下的齿轮振动信号有很好的信号分析自适应性,不仅能很好地滤除噪声干扰,提升通带内的噪声抑制效果,且能有效凸显变转速下的齿轮故障特征.     

利用倒阶次谱和经验模态分解的轴承故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪分析与希尔波特-黄变换技术相结合,提出了基于倒阶次谱和经验模态分解的滚动轴承故障诊断方法.首先,对齿轮箱加速时测得的瞬态信号进行时域采样,对时域信号进行等角度重采样,转化为角域伪平稳信号,然后对角域信号进行经验模态分解.最后,对包含轴承故障信息的高频固有模态函数进行倒阶次谱分析,就可以提取轴承的故障特征.通过对轴承内圈和外圈故障信号的分析表明,该方法能准确识别轴承的故障类型和部位.     

阶次包络谱在轴承故障诊断中的应用

旋转机械的升降速过程包含丰富的状态信息,因而旋转机械的升降速过程对于旋转机械的故障诊断具有独特的价值.将常规的阶次分析技术与包络谱相结合,提出基于阶次包络谱的齿轮箱故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域采样,再对时域信号实行等角度重采样,转化为角域平稳信号,最后对角域重采样信号进行包络谱分析,就可提取轴承的故障特征.通过对轴承内圈、外圈故障实验信号的分析,表明该方法能有效诊断轴承的故障.     

基于阶次跟踪和经验模态分解的滚动轴承包络解调分析

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将计算阶次跟踪方法与经验模态分解技术相结合,提出一种研究旋转机械瞬态信号故障诊断的分析方法。首先对齿轮箱启动时测得的振动信号进行时域采样,再对时域信号进行等角度重采样,将其转化为角域准平稳信号,然后对角域里的信号进行经验模态分解得到多个固有模态函数分量,最后对包含轴承故障信息的高频固有模态分量进行包络解调分析。结果显示：阶次跟踪技术能够有效地避免传统频谱方法所无法解决的“频率模糊”现象,将非平稳信号转化为准平稳信号;经验模态分解方法能够提取包含故障信息的固有模态分量,将两种方法相结合是对传统频谱分析法的有力补充,具有很广阔的应用前景。     

基于自适应时变滤波阶比跟踪的齿轮箱故障诊断

针对多输入多输出齿轮箱传动系统和齿轮箱集群的振动信号中各啮合频率阶次相互干扰,从而导致故障诊断困难的问题,研究提出一种基于自适应时变滤波阶比跟踪的齿轮箱故障诊断方法。该方法利用基于多尺度线调频基稀疏信号分解提取各对传动齿轮的啮合频率,以各啮合频率为中心频率,对应转频的倍频为滤波带宽分别设计自适应时变滤波器对信号进行滤波,逐个提取振动信号中的啮合频率调制分量,再分别对提取的啮合频率调制分量单独进行阶比分析,有效地抑制其他无关联轴上齿轮啮合振动信号和其他非阶比噪声信号对阶比谱的影响,较好地解决阶比信号相互干扰的问题,提高阶比谱的调制识别效果,为多输入多输出齿轮箱系统和齿轮箱集群的故障诊断提供一条有效途径。仿真算例和应用实例说明方法的有效性。     

基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备,软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题,提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法。该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点,采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号,依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样,将非平稳信号转化为角域平稳信号,得到振动信号的阶次谱,判断齿轮箱故障。仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点,可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数,准确地对转速进行估计,其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障。     

Gear fault detection and diagnosis under speed-up condition based on order cepstrum and radial basis function neural network

Varying speed machinery condition detection and fault diagnosis are more difficult due to non-stationary machine dynamics and vibration. Therefore, most conventional signal processing methods based on time invariant carried out in constant time interval are frequently unable to provide meaningful results. In this paper, a study is presented to apply order cepstrum and radial basis function (RBF) artificial neural network (ANN) for gear fault detection during speedup process. This method combines computed order tracking, cepstrum analysis with ANN. First, the vibration signal during speed-up process of the gearbox is sampled at constant time increments and then is re-sampled at constant angle increments. Second, the re-sampled signals are processed by cepstrum analysis. The order cepstrum with normal, wear and crack fault are processed for feature extracting. In the end, the extracted features are used as inputs to RBF for recognition. The RBF is trained with a subset of the experimental data for known machine conditions. The ANN is tested by using the remaining set of data. The procedure is illustrated with the experimental vibration data of a gearbox. The results show the effectiveness of order cepstrum and RBF in detection and diagnosis of the gear condition.     

瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪

提出了基于瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪的新方法。首先对振动信号进行经验模态分解得到信号的固有模态函数，再求各个固有模态函数的Hilbert变换，得到信号的瞬时频率，从而直接从振动信号得到参考轴的转速信号，然后根据参考轴的转速信号对时域振动信号进行等角度重采样，最后对重采样信号进行阶次分析。通过仿真信号和对齿轮磨损故障实验信号的分析，表明该方法能有效地诊断齿轮的故障。     

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。     

基于最大小波奇异谱的轴承故障诊断方法

研究小波奇异谱在轴承故障诊断中的应用问题,针对小波奇异谱熵无法有效实现故障诊断的不足,提出以最大小波奇异谱为特征的轴承故障诊断方法。该方法利用小波变换后的系数矩阵的最大奇异值作为故障诊断特征,并将试验结果与以小波奇异谱熵为特征的方法进行比较。结果表明,该方法在识别性能上有显著提高。试验从小波基、窗口宽度两个层面对该方法的诊断性能进行了分析,证明该方法具有较强的稳定性和鲁棒性。