航空发动机轴承微弱故障特征提取技术研究

轴承是航空发动机支承传动系统的主要部分,其性能与质量的好坏将直接影响到发动机的寿命与可靠性。围绕轴承典型故障的信号分析问题,开展实验室条件下航空发动机中介轴承典型故障实验,主要研究小波与小波包络谱分析轴承典型故障信号特征及最佳诊断方法。通过采集微弱故障与明显故障滚动轴承的机匣信号数据,用小波变换降噪并且提取特性信号,再分别使用包络谱分析和小波包络谱分析方法得到故障特征信号及特性峰值频率,以达到准确诊断轴承故障及其位置的目的。通过理论计算,证明小波变换与包络谱均是有效的诊断技术。     

应用峰值能量技术判断滚动轴承故障

描述了峰值能量的检测和处理过程,讨论了峰值能量测量中应注意的问题及峰值能量值的含义。通过轴承故障的检测实例说明了峰值能量技术的应用方法。     

峰值能量谱及其应用实例（续二）

四、实例 1．本例是一个具有四根轴的机构,如图7所示,该机构用于镗孔半加工。其轴是由皮带驱动并由超轻型滚珠轴承支撑,转速为417r／min。峰值能量谱的测量位置A如图7所示。 图8a、8b分别是速度频谱和峰值能量谱。8a中二倍转速的幅值比一倍转速高,说明轴承失去了预载力,这是由轴承磨损造成的。还可看出存在外滚道故障频率及其倍频,但幅值不明显。而在8b,外滚道故障频率及其倍频成分非常明显,这是典型的轴承故障的峰值能量谱图。本例用速度频谱和峰值能量谱检测出了轴承磨损及外滚道故障。 2．本例说明一个新的旋转机构在试运行时轴承预紧力…     

基于小波包分解的滚动轴承故障信号频域特征提取方法研究

对轴承故障信号进行3层小波包分解,重构第3层所有节点,提取重构信号频谱的峰值作为故障特征点并构成特征空间,计算特征空间的平均欧氏距离,平均欧氏距离最小时对应的节点即为最优小波包节点,重构最优节点得到最优重构信号并从中提取特征点构成最优特征空间,最后,对最优特征空间进行K均值聚类。对4种转速下轴承的4种状态进行特征提取与模式识别试验,结果表明,运用该方法能有效提取轴承故障的特征,并使故障特征空间具有最低的类内离散度,获得了较高的模式识别准确率。     

基于双树复小波和深度信念网络的轴承故障诊断

提出了一种基于双树复小波(DTCWT)和深度信念网络(DBN)的轴承故障诊断新方法。采用DTCWT对轴承振动信号进行分解实验,结果表明DTCWT能够很好地将信号分解到不同频带。进而提取能量熵作为故障特征,采用DBN小样本分类模型对轴承故障进行分类,并与传统分类器进行比较,结果表明该方法能准确识别不同故障类型,扩展了DBN在机械故障诊断中的应用。     

圆周振动筛轴承故障特征提取与诊断

针对圆周振动筛轴承故障信号经常淹没在振动筛自身的振动和冲击中,导致轴承故障特征难以提取的问题,提出采用包络分析法处理测试信号和诊断轴承故障的方法。利用加速度传感器采集圆周振动筛轴承正常工作和发生故障时的振动信号,再采用包络分析方法对振动信号进行处理并提取轴承的故障特征,从而识别出故障类型。通过实验分析了振动筛轴承故障的时域和频谱特征,得出轴承外圈频谱存在调制现象,而内圈频谱不存在调制现象,为轴承故障诊断提供了理论的技术支持和判断依据。     

基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法

为解决滚动轴承单通道振动信号中复合故障特征难以分离的问题,提出了基于改进谐波小波包分解的轴承复合故障特征分离方法。首先,改进了二进谐波小波包分解方法,提出了连续谐波小波包分解方法,克服了信号分解后子带个数和带宽范围受二进制划分的缺陷;然后,采用谐波窗分解提取信号中频率成分集中的频段,根据轴承各单点故障特征频率确定分解层数,进行连续谐波小波包分解,利用能量算子包络解调得到子带信号中各个单点故障的权重因子;最后,重构轴承各单点故障信号,实现复合故障的特征分离和提取。对仿真信号和实测轴承内、外圈复合故障信号分析的结果表明,该方法能将轴承单通道复合故障信号分解到不同的通道中,实现了复合故障特征的分离,具有一定的工程实用价值。     

基于水平垂直同步峰值比的球轴承外圈剥落故障位置定位研究

球轴承的外圈剥落故障角度位置对旋转机械的振动大小与使用寿命有重要影响,在承载区间内判断外圈剥落故障角度十分必要。基于加速度振动信号的峰值变化规律,提出了一种球轴承外圈剥落故障定位方法。该方法建立具有时变撞击力的拉格朗日动力学方程,通过分析球轴承承载区接触力的变化趋势,类比推理得出振动加速度信号绝对值峰值比规律,分析了加速度振动信号冲击点的附近位置,提出了一个新的判断指标,得到了故障具体发生的位置。仿真与实验结果表明,球轴承外圈剥落故障不同位置的振动信号的水平垂直同步峰值比存在相对应的函数关系。通过仿真和实验验证了该定位规律的准确性。为判断球轴承外圈剥落故障位置的诊断方法提供了理论依据。     

基于小波分析的滚动轴承摩擦副表面损伤故障诊断系统

针对滚动轴承故障振动(非平稳信号)之特征,提出了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法.该方法应用Matlab软件对包含滚动轴承故障信息的信号进行小波分解和重构,通过细化频谱分析,可有效地把轴承中的故障信息成分检测出来,从而快速地判断轴承的故障类型.基于上述研究,研发出一套适用的滚动轴承摩擦副表面损伤故障诊断系统.经实践检验,诊断方法正确,检测结果稳定、可靠.该系统经改进和功能扩展,可应用于其他振动信号的采集和分析.     

基于小波包熵值和EMD结合的滚动轴承微故障诊断方法研究

滚动轴承是易损件,且从出现微故障到破坏扩展快。因此,发现滚动轴承早期微故障具有重要意义。利用小波包熵值和EMD相结合,来检测诊断轴承开始轻微故障的特征。首先运用小波包对采集信号实现信噪分离,突出了小波包降噪效果明显,然后以互相关、峭度准则提取经EMD分解降噪信号的分量,避免了IMF分量选择的盲目性。通过对仿真信号分析和实例分析,结果能够准确地检测出轴承故障,从而表明本方法的有效性。     

基于谱峭度和CEEMD的滚动轴承声信号故障诊断研究

使用声信号来诊断轴承故障越来越受到重视。针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于谱峭度和互补集合经验模态分解(CEEMD)的故障特征提取方法。该方法首先对滚动轴承声信号进行快速谱峭度计算并进行带通滤波预处理,使滚动轴承声信号变得简单且噪声小,故障冲击成分明显;然后利用CEEMD将滤波信号进行分解运算,得到一系列本征模态(IMF)分量;再利用相关系数法和时域特征指标峰值因子选取包含故障信息最丰富的IMF分量;最后用Hilbert算法包络解调分析选取的IMF分量,得到清晰的故障特征频率。经滚动轴承故障实验分析,该方法可以对滚动轴承故障进行有效的诊断。     

无转速计下变工况滚动轴承故障特征量化表征提取

无转速计下变工况滚动轴承振动信号中各信号分量来源难以确定以及瞬时转频准确估计困难,而现有大多数研究依赖于已知转速并关注于时变冲击带来的频谱畸变,鲜有在无转速计变工况下开展轴承故障特征提取探究。提出无转速计下变工况滚动轴承故障特征量化表征提取方法,从振动信号希尔伯特包络中提取轴承故障特征,为定量描述各振动包络分量间关系,提出基于来源假设的特征模型与量化表征方法,利用同步压缩小波变换的时频重排与可重构特性,基于最大能量与最小曲率准则依次估计多时频脊瞬时频率,为降低广义解调后振动包络中干扰分量对量化结果的影响,提出基于选择性重构与广义解调的变工况下干扰抑制与平稳化重置方法。将所提方法用于仿真信号以及轴承振动数据分析,10 k长度信号包络分量在不同来源假设下的特征提取用时约为3 s,同时在无转速计下实现了对2 s内转速变化分别约为300 r/min和200 r/min的内圈故障轴承以及复合故障轴承的特征提取。     

应用小波包和包络分析的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于小波包分析、频带能量分析和包络分析相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先利用小波包将滚动轴承振动信号分解到不同的节点上.然后求出各频率段的能量,根据频带能量的变化情况,找出滚动轴承的故障所在的频带.最后对故障频带的重构信号做包络谱,将谱峰处的频率同滚动轴承的故障特征频率进行对比分析,诊断出滚动轴承的故障.通过对试验中采集到的滚动轴承振动信号进行分析,证明了该方法在滚动轴承故障诊断中的有效性.     

能量比在轴承故障评估中的应用研究

提出了一种新的用于轴承故障评估的特征提取方法,用AR模型将振动信号分离为确定性信号与随机信号,将随机信号与确定性信号的能量比作为反映轴承损伤发展过程的特征。应用该方法对凯斯西楚大学轴承预置故障试验数据和IMS中心轴承全寿命数据进行了分析。结果表明:能量比在定工况、变工况条件下较传统特征能够更为有效地反映轴承的损伤发展过程。     

滚动轴承振动的周期平稳性分析及故障诊断

分析滚动轴承出现故障后振动信号的特征,在给出滚动轴承冲击信号数学模型的基础上,指出滚动轴承故障为典型的非平稳信号,具有很宽的频带,用幅值谱难以获得故障特征.利用滚动轴承回转工作的特点,推导滚动轴承故障信号的循环平稳性,指出该故障信号为几乎周期平稳信号.简单介绍二阶循环统计量的解调特性,提出先对滚动轴承故障信号进行带通滤波,然后利用二阶循环统计量解调来进行故障特征识别.对工业现场故障数据的分析表明所提出方法的有效性.     

改进多尺度幅值感知排列熵与随机森林结合的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障识别准确率较低的问题,本文提出了一种新型滚动轴承故障诊断方法。该方法能够在准确识别滚动轴承故障类型的基础上,进一步分析故障的严重程度。首先,通过固有时间尺度分解提取滚动轴承振动信号的最佳固有旋转分量,突显故障信号的冲击特征;然后,利用改进多尺度幅值感知排列熵对信号幅值和频率变化敏感的特性,计算不同时间尺度下的幅值感知排列熵作为故障特征向量,改善了多尺度分析中的粗粒化过程,提升了故障特征提取的稳定性;最后,利用故障特征集构建随机森林多分类器,实现对滚动轴承不同故障类型的识别及严重程度分析,具有较强的泛化能力。实验结果表明,与现有滚动轴承故障诊断方法相比,平均故障识别准确率达到99.25%。该方法能够稳定而有效地提取滚动轴承的故障特征且具有较好的实时性。     

基于改进EMD和谱峭度法滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与谱峭度法的滚动轴承故障特征提取方法.首先,利用EMD方法对原故障信号进行分解,得到若干平稳固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);然后,采用灰色关联度与互信息相结合方法剔除传统EMD分解结果中存在的虚假分量;最后,运用谱峭度法和包络解调方法对真实IMF分量进行分析,提取故障特征频率.通过对实际滚动轴承故障信号的应用表明,该方法可有效地提取滚动轴承故障特征,且能够取得比传统包络解调分析更好的效果.     

基于分段线性分类器的滚动轴承的故障识别

为了解决滚动轴承的特征提取和故障特征的模式分类问题,提出了一种应用小波包变换和线性分类器相结合的滚动轴承故障诊断的识别方法。根据轴承振动信号的频域变化特征,首先对滚动轴承振动信号进行三层小波包分解,提取第三层各个终节点系数的能量作为特征向量,然后将特征向量输入由线性判别式构成的分段线性分类器中进行故障的模式分类和识别,最后在滚动轴承试验台上实测故障。试验表明,分段线性分类器可以有效地识别轴承的故障模式。     

基于包络分析的滚动轴承故障诊断研究

在研究滚动轴承振动机理的基础上,提出了利用对振动信号进行包络分析,以及特征提取的方法来进行故障类型的判断。在QPZZ-Ⅱ型故障模拟实验台上进行了滚动轴承实验,对振动信号进行包络分析和特征提取,准确地判断出了滚动轴承的故障类型,证明了该方法是有效的。     

一种基于对角切片高阶谱的故障识别方法

针对轴承故障信号中调制信号二次相位耦合的特点,提出了一种基于对角切片高阶谱的故障识别方法。该方法利用希尔伯特变换构造原始信号的解析信号,在高阶谱分析的基础上求其对角切片谱,可以有效地分析二次相位耦合引起的非线性信号。通过理论分析和轴承故障诊断实例,表明该方法可以有效地抑制噪声,提取振动信号的非线性特征,完成对轴承外圈故障和内圈故障特征的识别。