基于QPSO-Volterra的齿轮裂纹故障特征提取

鉴于目前主流齿轮裂纹故障检测方法所存在的局限性(即仅利用系统响应作为研究对象,很少考虑输入对于故障特征提取的作用),并考虑到其作为一种典型非线性系统所蕴含的动态特性,将Volterra级数理论应用于不同状态齿轮啮合传动系统,以充分发挥Volterra级数能够综合利用系统输入、输出数据进行系统非线性特性描述的优势;同时考虑到QPSO算法较高的全局搜索能力,采用该算法对齿轮啮合传动系统Volterra模型进行了时域核辨识。仿真实验结果表明,高阶时域核对于齿轮裂纹故障所引起的系统非线性特性变化非常敏感,可以有效地表征并区分出不同状态下齿轮啮合传动系统的非线性动态特性,达到了预期目的。     

齿轮裂纹故障的双谱分析

齿轮振动信号中的非线性给故障特征的提取带来较大难度,通过分析裂纹齿轮振动信号非线性产生的原因,利用双谱分析具有提取信号非线性耦合特征的能力,将双谱分析应用于齿轮裂纹的故障诊断中。试验结果表明,该方法能够有效地将正常及不同裂纹程度的齿轮区分开来。     

基于双谱熵的齿轮裂纹故障特征提取

针对裂纹故障导致齿轮振动信号非高斯性变化这一特点,提出采用双谱熵对信号非高斯成分在双频域内的分布形态进行定量描述,并据此提取故障信息,得到裂纹产生期、扩展期的特征趋势。结果表明,双谱熵不基于信号能量信息,受非故障因素影响小,而且能有效抑制高斯噪声,同时又对微弱故障十分敏感。研究结果为后续故障诊断与趋势预测提供了新的有效方法。     

齿轮裂纹故障的循环矩诊断

介绍了循环平稳信号的二阶循环矩分析和处理方法、循环矩分析的抑噪特性。在给定齿轮裂纹调频信号数学模型的基础上，证明了其二阶循环平稳性。利用二阶循环矩一滞后平面图，分析了裂纹故障信号特征的循环矩提取方法，进行了仿真实验。针对齿轮裂纹故障实例，说明其对故障信号解调的有效性。     

基于传递路径的多级齿轮箱齿轮裂纹故障识别

采用集中参数法对多级齿轮传动系统的齿轮振动进行建模仿真,获得难以直接测量的齿轮箱内部振源振动信号。根据系统辨识理论,获得振源信号传递至2个不同测点下传播路径的传递函数。通过比较2测点在同种系统状态下对应的信号传播路径的传递函数特征,选取了更能反映系统振动特征的测点作为最佳测点。通过比较无故障状态与定轴齿轮齿根裂纹状态下最佳测点对应的信号传播路径的传递函数特征,找出系统刚度微小变化时传递函数的变化特征,从而能够以此辅助判断微弱故障类型。     

基于听觉显著性计算的齿轮裂纹故障特征提取方法

鉴于故障振动信号中瞬态成分提取与噪声环境下显著性语音信息检测的相似性,提出了一种基于听觉注意机制的齿轮裂纹故障特征提取方法。该方法引入听觉显著图计算模型,并结合故障信息的特点进行了改进。通过频带划分与处理、多尺度高斯滤波、显著度计算与整合等步骤,最终以听觉显著图表示故障信号中的瞬态冲击成分。通过齿轮裂纹故障仿真和实测信号实验,验证了所提方法的有效性。     

基于时变啮合刚度的裂纹故障齿轮振动特征分析

齿轮系统在复杂的工况条件下,容易产生裂纹故障,对正常运转造成困难。时变啮合刚度作为齿轮传动系统重要内部激励之一,刚度的变化能够良好地反映齿轮的动力学响应,因此使用精确的刚度算法能够有效地进行齿轮系统动力学特征分析。考虑齿轮过渡曲线函数,通过分析完整的齿廓曲线,采用势能法计算齿轮时变啮合刚度,研究10种不同裂纹长度的刚度变化。考虑时变啮合刚度和齿间滑动摩擦,建立6自由度齿轮系统动力学模型,利用Runge-Kutta法仿真求解齿轮不同裂纹长度时的动力学响应。通过分析位移响应发现齿轮存在裂纹时会产生冲击特征,随着裂纹长度增加,冲击特征越来越明显。最后比较分析了多种统计指标随裂纹扩展程度的变化趋势,结果表明峭度指标对故障特征最为敏感。     

基于有限元模型的裂纹故障齿轮系统动力学响应分析

为更好地揭示齿根裂纹故障对齿轮系统动力学特性的影响,开展了“故障机制分析—齿轮系统建模—裂纹故障试验”的全过程研究。首先,考虑更为真实的齿根过渡曲线和有效齿厚削减限制线,建立了更严格的裂纹轮齿模型,对传统势能法求解啮合刚度进行改进,研究了6种不同深度裂纹的刚度变化;其次,针对传统集中参数模型的不足之处,基于Timoshenko梁单元理论建立了齿轮-转子系统有限元动力学模型;最后,采用Newmark-β法求解正常/不同深度裂纹故障的齿轮系统的动力学响应,考虑转速的影响,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,齿根存在裂纹时,加速度响应存在周期性冲击特征,频域中的边频带现象出现在啮合频率及其谐波附近;冲击成分在时域和频域中的强度与裂纹深度、转速均成正相关关系。仿真结果和实测信号表现出一致特征,验证了该方法的正确性。     

齿轮裂纹故障仿真计算与诊断

提出了一种利用仿真信号对齿轮裂纹故障进行诊断的方法。从齿轮的单自由度振动模型出发,将裂纹故障等效为模型中轮齿刚度的削减,运用差分算法对模型进行求解,得到齿轮的振动位移、速度以及加速度响应,利用傅立叶变换和双谱分析对仿真结果进行处理,成功地提取了齿轮裂纹的故障信息。     

基于刚柔耦合模型的行星齿轮机构裂纹故障研究

行星齿轮机构行星轮裂纹故障存在难以诊断的问题,为了对行星齿轮机构行星轮裂纹故障进行更好的诊断,以某型汽车行星齿轮机构为例,基于该机构刚柔耦合动力学模型,对其行星轮裂纹故障信号频谱图特点进行了研究。首先,采用SolidWorks软件,建立了行星齿轮机构行星轮裂纹故障三维模型,利用ANSYS APDL软件将模型中需要布置传感器的部位设置为柔性体;然后,在ADAMS软件中建立了行星齿轮机构刚柔耦合动力学仿真模型;之后,采用ANSYS Workbench软件,对齿轮裂纹故障进行了啮合静力学分析,建立了行星轮的裂纹故障模型;最后,通过对齿轮机构进行刚柔耦合动力学仿真分析,得出了该行星齿轮机构行星轮裂纹故障模型的信号特征。研究结果表明：在行星轮裂纹故障频谱图中,信号的峰值均与啮合频率或其倍频相对应,而啮合频率处的局部峰值均与行星轮故障频率有关。     

基于高阶累积量的齿轮裂纹故障检测与识别

介绍了高阶累积量理论,分析了它提取复杂耦合信号和非线性特性的理论基础。在此基础上将高阶累积量方法应用于机械齿轮故障特征分析诊断之中,对无故障齿轮和故障齿轮受力激振后的振动耦合信号进行了分析和特征提取,从而成功地实现了对不同裂纹类故障的识别与诊断,通过与传统的功率谱等方法的比较,说明了高阶累积量方法在齿轮故障诊断中的可靠性和有效性。     

齿轮传动系统齿根裂纹故障的动力学仿真

以直齿圆柱齿轮副的耦合型动力学模型为研究对象,考虑了轮齿的时变啮合刚度及齿间的摩擦后,利用故障轮齿与完好轮齿啮合刚度的不同来实现故障模型的建立。用有限元法计算了无故障和有裂纹故障状态下齿轮的时变啮合刚度,结果表明,裂纹会降低齿轮的啮合刚度,裂纹越大,刚度越小。利用MATLAB求解模型的动力学微分方程组,得出了故障和无故障两种状态下齿轮的角速度和角加速度的仿真曲线,结果是当齿轮转过裂纹处时,从动轮的角速度和角加速度产生了明显的波动,计算结果与故障特征规律相符。     

基于对比度与最小凸包的显著性区域检测算法

显著性检测算法常通过计算像素或像素块之间的对比度来确定显著性,但是图像背景中经常会出现特殊区域与图像其他部分也有较大的对比度,导致基于对比度的显著性检测算法无法将这部分背景区域与主要目标区分开.提出一种基于对比度与最小凸包的显著性区域检测算法.以超像素作为基本计算单位,使用Wasserstein距离衡量超像素之间的差异,通过计算超像素间的全局与局部对比度得到对比度显著图;找出图像中特征点Harris角点的最小凸包,以最小凸包几何中心为中心点,根据每个超像素与中心点的距离计算中心显著图;最后将对比度显著图与中心显著图相结合得到最终的显著图,这种算法可以有效地将背景中具有高对比度的区域区分开.在Corel和MSRA图像数据库上进行仿真实验,结果表明该文所提算法对显著区域检测的查准率、查全率等仿真评价指标相对于传统算法都有明显的提升.     

裂纹故障齿轮啮合内部动态激励分析

利用有限元分析方法,综合考虑齿轮副啮合时变刚度激励和误差激励,建立齿轮副内部动态激励曲线。结合裂纹故障对齿轮副啮合刚度的影响,建立含裂纹故障齿轮副内部动态激励曲线,分析不同部位和程度的裂纹故障对齿轮内部动态激励的影响。分析结果表明,裂纹的故障程度对内部动态激励的影响较大,故障程度深的要高于故障程度浅的。同时,齿根裂纹故障对内部动态激励的影响要强于分度圆裂纹故障对内部动态激励的影响。     

含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究

考虑时变啮合刚度、间隙非线性及传动误差的影响,针对试验齿轮箱中的单对齿轮传动建立齿轮副扭转振动的参数化动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行研究。采用平均法分析齿轮裂纹模型的主共振及1/2亚谐共振的动力学响应;给出裂纹演化过程对齿轮系统啮合刚度及动力学行为的影响;通过幅频特性曲线、时域图、相轨迹图、Poincaré截面图及频谱图综合分析含有裂纹故障齿轮的振动特征;通过奇异性理论分析裂纹程度及传动误差所产生的内部激励与系统动力学分岔的关系,从而揭示了不同裂纹程度和传动误差所引起的不同分岔模式;最后通过试验提取含有裂纹故障齿轮的振动特征,试验结果验证了理论分析的结果,从而为齿轮系统裂纹故障的识别提供理论依据。     

裂纹故障对齿轮传动系统动力特性的影响

建立了正常与故障齿轮传动系统的动力学模型,并对其进行了动力学分析,研究了齿轮出现裂纹故障后齿轮啮合刚度的变化以及对整个齿轮传动系统动力特性的影响,通过对正常系统和故障系统动力特性的对比分析以及对正常和故障齿轮系统进行试验,表明理论分析的准确性和可靠性,这对齿轮机械系统的设计和对故障齿轮系统进行诊断有重要的价值,并对齿轮系统进行实时监测有着重要意义。     

多级齿轮传动裂纹故障频率分析与特征提取

为分析含裂纹的多级齿轮传动系统故障特征,判析其故障成分,首先,通过有限元法建立了裂纹故障下的直齿圆柱齿轮三维接触模型,计算了齿轮啮合时变刚度;其次,综合考虑了轴承支撑刚度以及传动轴柔性,建立了含齿轮裂纹的二级齿轮传动系统有限元动力学模型,依此求解了不同裂纹位置的振动响应;最后,针对试验信号信噪比不理想、能量分布不均匀等...     

基于VMD和最小熵反褶积的齿轮早期故障诊断

针对强噪声环境下齿轮早期故障特征信号微弱,故障特征信息难以提取的问题,提出了变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和最小熵反褶积(Minimum Entropy Deconvolution,MED)的诊断方法。首先,利用VMD对采集到的齿轮故障振动信号进行自适应分解,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;然后依据相关系数准则,选取包含故障特征信息较丰富的分量进行MED滤波处理以消除噪声影响,凸显故障特征信息。最后对降噪后的信号进行Hilbert包络解调分析,即可从包络谱中准确地识别齿轮故障特征频率。通过仿真信号和齿轮箱实验数据对所提方法进行了验证,结果表明,该方法能够有效地降低噪声的影响,准确地提取齿轮早期故障信号中微弱的特征信息。