时域指标和峭度分析法在滚动轴承故障诊断中的应用

研究了用峭度分析法和时域指标来诊断滚动轴承。首先,对轴承信号进行等间隔不同频段带通滤波算出每段信号的峭度值;其次,通过峭度值最大准则确定故障特征信息的频段,再将其确定的频段范围作为滤波器参数;最后,通过计算滤波后的时域指标来诊断滚动轴承。试验结果表明,用这种方法确定的频带范围是合理的,可以提高诊断的准确率。     

应用无量纲幅域参数诊断齿轮箱故障

本文首先探讨了无量纲幅域参数与随机信号的幅值概率密度函数之间的关系。对齿轮箱的4种状态──正常、裂纹、剥落、断齿，进行了计算机模拟分析和实验研究。阐述了无量纲幅域参数随故障变化的规律。对实际信号下各参数的灵敏度和稳定性作了比较，找出了较为合适的诊断参数。在此基础上，定义了峭度变化系数，对齿轮箱的实际信号进行了趋势分析，有助于齿轮箱的监测和维修。     

基于角域级联最大相关峭度反褶积的滚动轴承早期故障诊断

变转速工况是某些启制动工作制设备常用的工作方式,针对启制动工作制下滚动轴承故障的振动信号呈现非平稳特性,加之现场环境噪声的干扰,难以从原始故障信号中提取特征频率。提出基于角域级联最大相关峭度(CMCKD)的滚动轴承故障诊断方法。首先将时域非平稳故障信号进行角域重采样转换为角域内的平稳信号;然后用级联最大相关峭度反褶积对故障信号进行处理,抑制信号中的噪声,提取信号中的周期冲击成分。通过对仿真和实验数据的分析,验证了角域级联最大相关峭度反褶积方法的有效性。     

应用无量纲幅域参数诊断齿轮箱故障

目前故障诊断方法的研究开发十分活跃,除传统的谱分析、幅域分析、时域分析、建模等方法外,时频分析、神经网络、小波变换等崭新的分析方法相继进入机械设备诊断领域.在众多的方法中,幅域参数方法以其计算简单,并能较好地反映机器的运行状况而被广泛采用.机械故障诊断中常用的无量纲幅域参数有:波形指标(Shape Factor),峰值指标(Crest Factor),脉冲指标(Impulse Factor),峭度指标(Kurtosis Value)和裕度指标(clearance Factor)等.对这些无量纲指标的基本要求是:(1)对故障和缺陷足够敏感;(2)对信号的幅值和频率不敏感,即与机器的运行工况无关,只依赖于信号的幅值概率密度函数.对于齿轮,在正常情况下,振动信号的幅值概率密度函数是接近正态分布的,属于平稳或弱平稳过程.但当出现疲劳剥落、断齿时,就会引起冲击,信号的幅域参数将会发生变化,幅值概率密度函数也将偏离正态分布,具体说来,小幅值的概率密度上升,中央的峰更陡峭;大幅值的概率密度也上升,使两端向外延展和隆起.为了了解各参数与概率密度函数之间的关系,下面从概率密度函数入手加以分析.为了计算简单起见,根据故障发生后概率密度函数的形状,将其归一化后简化为如图1所示.     

基于峭度与小波包络分析的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承振动信号具有变频和冲击的特征,采用峭度指标、小波分解和Hilbert包络分析相结合的方法对滚动轴承进行故障分析。首先对运行中的滚动轴承振动信号进行峭度指标分析,进行早期故障判断,进而小波分解消除噪声和干扰信号,再重构能量集中频段的小波信号,最后进行Hilbert包络谱解调分析,得到反映故障特征频率的包络信号。仿真实例表明,该方法可以有效地对滚动轴承进行故障诊断。     

基于全矢Autogram的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承单通道信号信噪比较低、不能全面和准确表征故障特征等问题,提出了一种基于全矢谱和自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法。首先,计算互为垂直的两通道振动信号的自相关谱峭度图,得到信号中最佳频带的位置,并提取重构信号;其次,为了保证信号故障信息的全面性和获取精确故障特征信息,计算重构信号的全矢包络谱;最后,分析全矢包络谱中的故障特征进行故障诊断。通过分析仿真信号及实验数据,将所提方法与快速谱峭度和自相关谱峭度图等方法进行了对比,结果表明,所提故障诊断方法能够有效地提取滚动轴承的故障特征频率,提高故障诊断的精确性。     

基于时域参数趋势分析的滚动轴承故障诊断

滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的部件,定期对滚动轴承进行监测和故障诊断具有重大意义.利用时域参数对早期故障的敏感性,结合趋势分析技术,对滚动轴承进行定期检测,得到其峭度、峰值因子、有效值趋势曲线.根据趋势曲线反映的各特征参数变化规律来观测轴承状态的变化趋势或现实状况,并采用LabVIEW图形化编程语言实现了时域参数趋势曲线的直观显示.利用时域参数趋势分析来进行滚动轴承的故障检测与诊断,简单实用,效果明显.     

基于角域经验小波变换的滚动轴承故障诊断

针对变转速条件下滚动轴承故障特征难以提取的问题,提出了一种基于角域经验小波变换的变转速滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用等角度重采样将变转速下非平稳的滚动轴承故障振动信号转化为角域平稳信号,然后应用经验小波变换(Empirical mode decomposition,EWT)对角域平稳信号进行自适应分解,得到若干个经验模态分量,最后选择峭度值最大的经验模态分量进行包络谱分析,提取出滚动轴承故障的阶比特征。为提高经验小波变换的分解效率,对其频谱分割方法进行了改进。滚动轴承故障诊断实例表明,该方法能够有效地抑制噪声等干扰成分的影响,精确提取滚动轴承故障的阶比特征,为变转速条件下的滚动轴承故障诊断提供一种有效方法。     

基于孪生域对抗迁移学习的滚动轴承故障诊断方法

针对多工况约束下滚动轴承故障诊断的难题，提出一种基于孪生域对抗迁移学习的滚动轴承故障诊断方法。首先，基于重采样扩充故障样本，通过降采样平衡正常样本，以防止样本不平衡带来的过拟合问题；然后，利用孪生神经网络对迁移学习特征提取的卷积层和池化层进行改进，应对故障样本稀缺问题，缩小不同工况下故障样本分布的差异，提高模型的泛化性；最后，基于公开和实测轴承故障数据集对算法进行全面性能评估。试验结果表明：孪生域对抗迁移学习(SDANN)对CWRU,MFPT和实测轴承数据集的诊断准确率及误差均值分别为(97.26±0.42)%,(95.18±0.28)%和(94.04±0.40)%,相比传统域对抗迁移学习(DANN)方法的平均准确率分别提高6.41%,12.5%和2.54%,误差均值分别降低1.16%,2.66%和0.43%,诊断时间分别加快1.39%,3.77%和9.95%;加入0和-10 dB噪声时，孪生域对抗迁移学习的诊断准确率最高仅降低1.63%;对CWRU与MFPT数据集跨域诊断时，孪生域对抗迁移学习的准确率及误差均值为(91.04±1.05)%;总体而言，孪生域对抗迁移学习对滚动轴承的故障...     

基于复合信号处理的滚动轴承早期微故障诊断研究

针对滚动轴承早期故障的微弱信号检测问题,将小波包、谱峭度和包络分析三者相结合,提出一种新的故障诊断方法,该方法首先通过小波包降噪提取原始含噪信号中的高频成分并提高信噪比,然后对降噪后的重构信号应用谱峭度理论来确定合适的带通滤波参数,最后对带通滤信号进行包络解调而得出故障特征频率信号,从而实现滚动轴承的早期微弱故障诊断。对基于小波包和谱峭度的故障诊断法在滚动轴承故障诊断中的应用进行了研究,实验结果表明该方法可以有效抑制背景噪声,提取有用故障信息,为滚动轴承的故障诊断提供了一种切实可行的方法。     

时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用

滚动轴承是机械设备中最常见的零部件,其运行状态直接影响到整台机器的性能.介绍了利用时域指标对滚动轴承故障进行分析的方法.     

基于WPD-HHT的滚动轴承故障诊断

在分析小波包分解(WPD)和HilbertHuang变换(HHT)的基础上,通过将WPD和HHT相结合,引进了一种故障诊断方法(WPDHHT)。仿真和实验表明,此方法能有效提取周期性脉冲成分并抑制噪声。     

基于模型辨识的滚动轴承故障诊断

为了解决小样本环境和早期故障预示问题,研究一种基于物理模型辨识的滚动轴承故障诊断方法,即通过物理模型构建标准模式数据库,进而识别故障。考虑到振动传递路径结合界面动态接触机制,建立了轴承表面缺陷的物理模型,通过仿真获得不同损伤位置的振动信号,求得特征矩阵。由于实际测试信号故障特征比较微弱,提出一种盲反卷积和峭度最优Laplace小波相结合的算法,该算法被用于仿真信号与实际工程中微弱冲击信号的检测中,有效突出了冲击成分。最后,以实测信号特征值作为输入,利用距离函数求出与输入值最近的样本点,进而预测出故障位置。案例分析表明,该方法具有较好的可行性与可靠性。     

基于ICA和小波变换的滚动轴承故障诊断方法研究

提出了结合独立分量分析(ICA)和小波变换进行滚动轴承故障诊断的方法。在设计的系统平台上,首先对冲击脉冲信号进行预处理,使信号较好地满足独立分量分析的前提条件。然后,应用独立分量快速算法分离故障轴承的冲击脉冲信号,通过小波快速算法完成信号重构,实现滚动轴承故障的识别。实验结果表明,利用独立分量分析方法提取的故障状态特征向量与小波快速算法相结合可以有效、准确地识别滚动轴承的故障信号。     

改进Alexnet的滚动轴承变工况故障诊断方法

旋转机械中的滚动轴承常工作在变负荷、强噪声的环境中,而传统的滚动轴承故障诊断方法难以在复杂工况下自适应地提取对其故障诊断有利的特征,针对此问题,提出一种改进AlexNet的滚动轴承变工况故障诊断方法。首先,将采集的一维时域信号按横向插样构建便于改进AlexNet输入的二维特征图,于现存的纵向插样和二维频谱而言,保留了特征自动提取过程中振动信号的时序性和关联性;其次,改进调整AlexNet卷积层的功能层且经过卷积和次采样等操作,从二维特征图中自动提取出利于滚动轴承状态辨识的特征;最后,以softmax的交叉熵为损失函数,利用Adam按小批量迭代优化法实现对滚动轴承故障的诊断。通过与多种方法对滚动轴承不同位置、不同损伤程度的12类状态诊断效果比较,结果表明,该方法对变负荷、强噪声条件下的滚动轴承故障诊断的精度更高,鲁棒性更强。     

形态非抽样小波与灰色关联度的轴承故障诊断

文中针对滚动轴承振动信号的强噪声背景以及故障样本不易大量获取的问题,提出了一种基于形态非抽样小波与灰色关联度的滚动轴承故障诊断方法。形态非抽样小波克服了传统形态小波由于采用抽样方式分解而造成的信息丢失问题,具有良好的特征提取和抗噪性能。灰色关联度分析方法对小样本模式识别问题具有良好的分类效果,适用于滚动轴承的故障模式识别。文中首先利用差值形态滤波能够提取信号冲击成分的特点,提出一种多尺度形态非抽样小波方法提取滚动轴承故障特征,然后将形态非抽样小波分解后近似信号的归一化特征能量作为特征向量,最后通过比较待识别样本与标准故障模式的灰色关联度来对故障模式进行分类。实例表明该方法可取得良好的效果。     

基于SPSO优化Multiple Kernel-TWSVM的滚动轴承故障诊断

双子支持向量机(twin support vector machine,简称TWSVM)的核函数选择对其分类性能有着重要影响,TWSVM其核函数一般是局部核函数或者全局核函数,这两种核函数的泛化能力和分类性能不能兼顾。笔者利用综合加权的高斯局部核函数和多项式全局核函数方法组成双核函数来改进TWSVM以提高其泛化能力和分类性能,并采用简化粒子群优化(simple particle swarm optimization,简称SPSO)方法来对权值和参数进行优化,提出了SPSO优化Multiple Kernel-TWSVM模型,将该模型应用到滚动轴承故障诊断模式识别中。实验结果表明,双核TWSVM比单核TWSVM和反向传播(back propagation,简称BP)神经网络具有更高的分类准确率。     

基于双时域微弱故障特征增强的轴承早期故障智能识别*

针对轴承早期微弱故障难以准确识别的问题,提出一种基于双时域微弱故障特征增强的轴承早期故障智能识别方法。利用广义S变换和Fourier逆变换推导出一种双时域变换,将轴承振动信号变换为双时域二维时间序列。根据双时域变换的能量分布特点,提取二维时间序列的主对角元素以构建故障特征增强的时域振动信号。仿真信号和轴承故障信号分析验证了双时域微弱故障特征增强的可行性和有效性。采用脉冲耦合神经网络和支持向量机对增强后的轴承信号进行时频特征参数提取和智能识别,平均识别精度达到了95.4%。试验结果表明所提方法能有效提高轴承早期故障的智能识别精度。     

基于神经网络的滚动轴承故障监测

通过对滚动轴承振动信号的分析处理，提取反映轴承运行状态的特征参数组成特征向量，利用神经网络的函数逼近和记忆能力，实现滚动轴承运行状态的故障监测。     

基于关联维数的铁路货车滚动轴承故障诊断

将关联维数用于定量刻划滚动轴承在不同工作状态下的振动特征,进而对故障分类。同时提出用小波分析对原始数据进行降噪处理。文中以铁路货车轴箱197 726双排圆锥滚子轴承为例,计算了正常轮对、滚子损伤和外圈剥离三种情况下降噪处理前后振动信号的关联维数,分析结果表明,滚动轴承不同工作状态下的关联维数有明显差别,因此可以将关联维数作为识别滚动轴承故障的特征量。