基于瞬时故障特征频率趋势线和故障特征阶比模板的变转速滚动轴承故障诊断

针对难以从滚动轴承的时频分布中提取瞬时转频分量的问题,本文利用由轴承包络时频谱中提取的瞬时故障特征频率替代传统瞬时转频实现重采样,进而基于故障特征因子与转频阶比边带构造故障特征阶比模板以实现变转速运行模式下滚动轴承故障诊断。其具体算法由以下四个部分组成：首先,联合应用谱峭度滤波算法与短时傅里叶变换得到能够突出瞬时故障特征频率的包络时频谱;其次,提出基于幅值重调的峰值搜索算法对瞬时故障特征趋势线进行提取;再次,以瞬时故障特征频率趋势线为基础对原信号进行故障相角域重采样并得到故障特征阶比谱;最后,根据被监测轴承的故障特征因子构造故障特征阶比模板对滚动轴承的运行状态与故障类别进行判断。仿真算例和应用实例将对该算法的有效性予以证明。     

基于故障特征系数模板的变转速滚动轴承故障诊断

与恒转速相比,机械中普遍存在的变转速工作模式使滚动轴承的故障诊断更加困难;另外变转速条件下的常规方法—阶比分析存在误差以及计算效率方面的问题,因此,提出了基于故障特征系数模板的滚动轴承故障诊断方法。该方法主要包括六部分:(1)根据目标轴承的几何参数计算其故障特征系数以设定模板;(2)利用快速谱峭度滤波算法对滚动轴承振动信号进行滤波;(3)根据Hilbert变换以及短时傅里叶变换计算滤波信号的包络时频图;(4)通过峰值搜索算法从滤波信号的包络时频图中提取瞬时故障特征频率趋势线;(5)根据转速脉冲信号计算滚动轴承的转速曲线;(6)瞬时故障特征频率与瞬时转频相比获取瞬时故障特征系数,进而通过故障特征系数模板实现滚动轴承的故障诊断。随即以变转速情况下的故障轴承仿真信号以及实测的外圈故障、内圈故障和健康轴承的振动信号为例验证了该算法的有效性。     

基于阶频谱相干的变转速滚动轴承内外圈复合故障特征分离提取

针对变转速工况下复合故障相互耦合,较弱的故障特征易受干扰,难以识别的问题。该研究提出一种基于阶频谱相干(order-frequency spectral coherence, OFSCoh)解调频带确定的复合故障特征分离提取方法,应用于变转速工况下滚动轴承复合故障诊断。首先,对信号进行OFSCoh计算;然后,以轴承内、外圈对应的故障阶次区间分别对OFSCoh函数进行积分获得特征频带谱,将特征频带谱中最大值对应的频率确定为解调频带中心频率,以最大转频对应的3倍故障频率作为解调带宽;分别对信号进行带通滤波,并计算其改进包络谱(improved envelope spectrum, IES),从而实现轴承复合故障特征分离提取。仿真和试验证明了该方法的有效性。     

变转速下对数平方包络谱在滚动轴承故障诊断中的应用

变转速工况下,转速变化会导致不同时间段峭度值出现变化,且高脉冲噪声会导致振动信号的峭度值突然变大。这些因素削弱了快速谱峭度图(Fast kurtogram,简称FK)方法提取微弱故障特征方面的性能,为了克服这些缺陷,提出一种基于对数平方包络谱的新特征--对数包络阶次循环分量(Log-envelope Order Cyclic Content,简称LEOC),构造出一种对数包络阶次循环分量图(Log-envelope Order Cycligram,简称LEOCgram)。首先使用1/3二叉树结构对原始信号进行多层次滤波,并计算每一组滤波子信号的平方包络。然后,通过计算阶次跟踪(Computed Order Tracking,简称COT)技术对每一组的平方包络序列进行角域重采样,计算每一组滤波信号的对数平方包络谱并进行自相关分析得到可能的故障特征阶。最后计算LEOC值,LEOC最大值对应的频带即为最优解调频带。将最优解调频带作为滤波器的参数对原始信号进行滤波,通过对滤波后的信号进行包络阶次分析并根据包络阶次谱的阶次结构可以确定故障类型。仿真信号和试验轴承外圈故障信号的分析结果表明,该方法...     

迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承故障诊断EI北大核心CSCD

变转速工作模式下齿轮啮合会掩盖故障轴承冲击特征,使得轴承故障特征信息微弱,针对变转速工作模式下齿轮啮合对轴承信号干扰的问题,提出了迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承的故障诊断方法。首先采用峰值搜索算法从包络时频谱中提取峰值啮合倍频(Instantaneous Dominant Meshing Multiply,IDMM),通过IDMM趋势线构造各广义解调函数的相位函数;其次利用迭代广义解调算法(Iterative Generalized Demodulation,IGD)分离出齿轮啮合频率及倍频信号,对剩余信号采用谱峭度算法确定由故障轴承引起的高频共振滤波参数并进行带通滤波;最后,以提取的IDMM趋势线作为轴承转频,对滤波结果进行角域重采样,根据阶次谱对滚动轴承运行状态予以判断。仿真信号和实测信号的处理结果证明该方法在无转速计设备的情况下能有效的实现变转速滚动轴承的故障诊断。     

基于时频挤压和阶比分析的变转速轴承故障检测方法

阶比分析是实现变转速工况下旋转机械设备故障特征提取的主要方法之一,其核心在于转速信息的准确获取,传统阶比分析方法主要通过转速计等设备测得转速,成本高且抗噪性差,而基于时频分析的转速估计方法操作简单,鲁棒性和准确性也较好。提出了一种基于时频挤压的转频估计方法,该方法不依赖多余设备,通过时频挤压和重采样阶比分析,实现转频估计和特征提取,从而诊断轴承故障。将基于传统时频方法与所提方法得到的分析结果以及计算阶比分析结果三者进行比较,以验证所提方法的可行性与有效性,仿真和实验信号分析结果均表明,所提方法的时频聚集性和鲁棒性较传统方法更好,且在无转速计的情况下,分析结果精度也更高。     

基于稳健全息阶比谱提取微弱故障特征

提出了一种稳健全息阶比谱方法,用于提取变速器变速过程的微弱故障特征。首先分析了转速波动对传统阶比方法分析精度的影响,构造了基于转速调整的改进阶比方法,对水平与垂直方向加速过程信号的改进阶比谱进行全息分析,构成稳健全息阶比谱,并与单测点改进阶比谱结果对比。试验表明,改进阶比谱能有效抑制转速波动对等角度采样的影响,提高了阶比谱分析精度,有效增强了全息阶比谱的稳健性;相对于任一方向单测点阶比谱,稳健全息阶比谱既能分析变速过程信号,又能融合多点信息,其量化参数能更准确评价诊断对象的技术状态,证明稳健全息阶比谱是一种全面、可靠提取变速过程微弱故障特征的有效方法。     

基于分数阶滤波的全息阶比解调谱及齿轮早期故障诊断

为提高变速器齿轮早期故障诊断的准确性和可靠性,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)滤波的全息阶比解调谱方法。对变速器变转速过程的水平与垂直测点振动包络信号进行分数阶滤波,分离出调制频率分量,再对分离后信号进行全息阶比谱分析,得到调制分量的全息阶比解调谱,并对齿轮早期点蚀故障进行故障诊断。试验结果表明,基于分数阶滤波的全息阶比解调谱,兼具分数阶滤波分离频率变化分量的特点与全息阶比谱融合多维特征的优势,既能有效分离变转速过程的调制分量,隔离其他分量和噪声干扰,又能有效融合两个方向的关键特征信息,有效诊断出单测点单特征方法难以识别的齿轮早期故障。     

基于多时频曲线提取广义特征的变转速轴承故障诊断

变转速工况下的滚动轴承故障振动信号呈现时变非平稳、故障特征信息微弱、被噪声淹没的特点,使其故障诊断变得困难。广义解调算法作为典型的非平稳信号处理方法,可有效处理时变非平稳故障信号。由于广义解调变换中相位函数的确定需要额外安装转速计,且迭代解调变换过程导致频谱混叠,容易造成故障的漏诊或误诊。为此提出了一种新的基于多时频曲线提取广义特征的变转速滚动轴承故障诊断方法。首先,利用快速谱峭度算法计算最优带通滤波参数,并对原始振动信号进行滤波。对滤波后的共振带信号进行短时傅立叶变换(short-time Fourier transform, STFT)获取时频图,采用多时频曲线提取算法(multiple time-frequency curve extraction, MTFCE)提取瞬时故障特征频率(instantaneous fault characteristic frequency, IFCF)和瞬时转频(instantaneous shaft rotational frequency, ISRF),拟合IFCFs和ISRF曲线的多项式方程。其次,基于假设思想,利用广义解调理论定义了变转速...     

基于自适应变分模态分解和包络谐噪比的滚动轴承早期退化检测

针对滚动轴承微弱故障特征易受噪声干扰且退化起始点难以确定的问题,提出了一种基于自适应变分模态分解和包络谐噪比的滚动轴承早期退化检测方法.首先,采用灰狼优化算法自适应地选择变分模态分解的分解层数和二次惩罚因子,以最小平均包络熵为目标函数获得最佳参数组合.其次,通过引入有效加权稀疏峭度指数实现了有效模态分量和噪声模态分量的...     

基于ATF与EEMD变转速齿轮故障特征降噪方法

针对变转速下的齿轮故障特征的降噪问题,提出一种基于自适应时变滤波(Adaptive time-varying filtering,ATF)与集合经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)的齿轮故障特征降噪方法.该方法首先用线调频小波路径追踪(Chirplet p...     

基于VMD和谱峭度的滚动轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承故障信号为多分量非平稳振动信号、故障早期特征微弱诊断困难的问题,该文提出变分模态分解(VMD)结合谱峭度的滚动轴承早期故障诊断方法。首先对振动信号进行VMD分解得到若干分量信号,选择峭度最大分量作为最优分量,然后对最优分量进行快速谱峭度计算并进行带通滤波、凸显故障冲击成分,通过分析滤波信号包络谱中故障频率成分实现故障诊断。实验数据分析结果表明该方法能有效诊断轴承早期故障,有一定的工程应用价值。     

基于稀疏带宽模态分解的变转速滚动轴承故障诊断EI北大核心CSCD

针对以往信号处理方法存在的缺陷,提出了一种新的非平稳信号分析方法—稀疏带宽模态分解(Sparse bandwidth mode decomposition,SBMD).该方法将信号分解转化为约束变分问题,自适应地将信号分解为若干个IMF分量之和。另外,在变转速工况下,滚动轴承故障振动信号中含丰富的状态信息,将SBMD、阶次追踪分析和包络谱相结合应用于变转速工况条件下的滚动轴承故障诊断问题。实验分析结果表明,采用SBMD阶次包络谱方法可以及时有效的诊断变转速工况下的滚动轴承故障诊断问题。     

基于噪声信号和改进VMD的滚动轴承故障诊断

受运行环境及传递路径影响,滚动轴承声音信号中包含有强背景噪声和较大的非周期性瞬态冲击成分,导致轴承故障特征提取困难.文中提出一种基于自适应变分模态分解(AVMD)的滚动轴承噪声信号故障诊断方法.该方法首先根据不同的信号自适应地确定模式数和惩罚因子,利用优化参数的VMD对原始信号进行分解,得到多个本征模式分量;然后计算各...     

基于小波改进阈值去噪和HHT的滚动轴承故障诊断

利用Hilbert-Huang变换（Hilbert-Huang Transformation,简称HHT）对滚动轴承进行故障诊断时,发现振动信号中包含的噪声对诊断结果影响较大。为克服此不足,提出了一种小波改进阈值法与HHT相结合的信号分析方法。该方法首先应用小波改进阈值方法对滚动轴承故障信号进行预处理,然后对去噪后的信号进行经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称EMD）,接着选取含有故障信息的本征模函数（Intrinsic Mode Function,简称IMF）分量进行边际谱分析,从而提取出故障特征频率,并判断故障类型。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于改进CNN的噪声以及变负载条件下滚动轴承故障诊断方法

针对现有轴承故障诊断方法应对噪声以及变负载条件下诊断能力不足问题,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和有效通道注意力模块(Efficient Channel Attention,ECA)的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先通过卷积神经网络对原始信号进行自适应故障...     

变转速及齿轮噪源干扰下基于IDMM与EMD的滚动轴承故障诊断方法

旋转设备中变转速工作模式和齿轮噪源是影响滚动轴承故障诊断的关键性难题,现有的方法虽然取得一定进展,但是对辅助设备的依赖以及方法步骤繁琐等问题依然突出,因此提出了基于峰值啮合倍频(Instantaneous Dominant Meshing Multiply,IDMM)和经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先采用峰值搜索算法从混合信号的时频图中提取齿轮啮合倍频趋势线,将该趋势线等效为轴承转频对混合信号进行等角度重采样;其次对重采样信号进行EMD分解得到本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)之和,计算各IMF分量与重采样信号的互相关系数后根据预设的互相关系数阈值选取合适的IMF分量;最后对选取的IMF分量进行包络谱分析,进而判断轴承是否发生故障。仿真和实测信号分析证明该方法在无转速测量装置的情况下能有效去除齿轮噪声对滚动轴承故障诊断的影响。     

基于EOE＿LMD和阶次跟踪分析的变转速轴承故障诊断

振动信号分析是轴承故障诊断中的重要技术手段之一。变转速工况下的滚动轴承振动信号是典型的非平稳信号,并且在转频变化较小的工况中还存在噪声干扰的问题,使传统的时频分析技术难以应用。为解决该问题,提出了一种基于经验最优包络(empirical optimal envelope, EOE)的局部均值分解(local mean decomposition, LMD)和采用分段线性插值的计算阶次跟踪(computing order tracking, COT)算法相结合的故障诊断方法。首先,确定低通滤波器的截止频率和滤波阶数,对滚动轴承振动信号进行滤波,并对滤波后的包络信号进行COT,以获得角域平稳信号。然后,利用EOE＿LMD对重采样后的平稳信号进行处理,得到若干乘积函数(product function, PF)分量。最后,通过计算各分量的信息熵和相关系数,选取合适的分量进行阶次分析,以判断变转速滚动轴承的故障类型。结果表明,该方法可以消除转速波动对故障特征提取的影响,在不同转速变化条件下对滚动轴承具有良好的故障诊断能力。     

基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析

通过对旋转机械变速运行工况的齿轮箱振动分析研究,提出一种基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析方法。该方法利用旋转机械运行过程中滚动轴承故障引起的冲击性振动会激起其周围结构共振的原理,应用谱峭度方法自适应地确定优化的共振解调带通滤波中心频率和滤波带宽,进而通过共振解调算法获得包含轴承故障初始阶段振动特征的包络信号,再将变速工况下的非平稳包络信号通过等角度重采样转化为角度域的准平稳信号,进而获得消除了频率模糊的阶比谱,实现对旋转机械变速运行工况下的滚动轴承故障诊断。仿真和测试试验结果验证了本方法的有效性。     

基于自适应CYCBD和互相关谱的滚动轴承复合故障诊断方法

强背景噪声环境下,复合故障信号中的多特征提取与分离是实现滚动轴承复合故障诊断的重点与难点。提出了基于自适应最大二阶循环平稳盲卷积(CYCBD)和互相关谱的滚动轴承复合故障特征提取方法。首先,基于故障信号特点,通过设置CYCBD中不同的循环频率,提取不同频率的故障冲击成分,并以最大谐波显著性指数(HSI)为依据,自适应选取CYCBD的最优滤波器长度;然后,利用互相关分析进一步抑制信号中的噪声,提高信噪比;最终通过快速傅里叶变换(FFT)实现滚动轴承故障特征的提取。仿真和实测信号的分析结果表明,该方法能够去除背景噪声的干扰、提取滚动轴承复合故障特征,验证了方法的有效性。