基于Hilbert振动分解和高阶能量算子的行星齿轮箱故障诊断研究

行星齿轮箱广泛应用于各种机械设备中,其故障诊断问题是近年来的研究热点之一。提出了基于Hilbert振动分解和高阶微分能量算子的故障诊断方法。Hilbert振动分解计算复杂性低,能够将复杂信号分解为单分量,应用该方法对信号进行分解,满足高阶微分能量算子的要求。高阶微分能量算子的时间分辨率高,对信号的瞬态变化具有良好的自适应性,应用该方法检测故障引起的瞬态冲击,估计信号的幅值包络和瞬时频率。对高阶微分能量算子输出以及幅值包络和瞬时频率进行Fourier变换,通过频谱识别特征频率,从而诊断行星齿轮箱故障。分析了行星齿轮箱的仿真信号和实验信号,准确地诊断了太阳轮、行星轮和齿圈的故障,验证了该方法的有效性。     

基于阶次分析技术的行星齿轮箱非平稳振动信号分析

行星齿轮箱启动、停止和负载发生变化时,转速会发生变化并使得行星齿轮箱的振动信号具有明显的非平稳特性。行星齿轮箱复杂的结构特征导致了振动信号的复杂性,使得常规的频谱和解调分析方法难以识别时变工况下的行星齿轮箱故障特征频率。本文在行星齿轮箱故障特征频率的基础上,考虑转速变化特征,总结了行星齿轮箱太阳轮、行星轮及齿圈的故障阶次特征表。通过对行星齿轮箱变转速工况下太阳轮故障实验信号的阶次分析,实现了变转速情况下行星齿轮箱太阳轮故障诊断,并与传统的频域信号分析方法比较,体现了阶次分析技术在行星齿轮箱变工况故障诊断过程中的优势。     

基于包络角域加窗同步平均太阳轮故障特征提取

行星齿轮箱广泛应用于风电机组等大型装备中,其振动特征提取在故障诊断领域有重要意义。但由于存在非平稳、调制、传递路径复杂、传递路径具有时变特性等特点,导致故障响应微弱,往往被强背景噪声所湮没。主要针对包络分析、加窗同步平均、计算阶比跟踪相结合,提出了一种适合弱特征信号解调、时变传递路径及变速工况的包络角域加窗同步平均技术。Tukey窗函数对故障振动信号进行加窗处理,希尔伯特变换(Hilbert)获取故障复包络信号,计算阶比跟踪对复包络信号进行等角度重采样,转换为准平稳角域信号,然后进行同步平均。该方法对太阳轮故障实测振动信号进行分析,实验结果表明,所提出方法能够有效地提取太阳轮故障的特征信息。     

基于包络角域加窗同步平均太阳轮故障特征提取EI北大核心CSCD

行星齿轮箱广泛应用于风电机组等大型装备中,其振动特征提取在故障诊断领域有重要意义。但由于存在非平稳、调制、传递路径复杂、传递路径具有时变特性等特点,导致故障响应微弱,往往被强背景噪声所湮没。主要针对包络分析、加窗同步平均、计算阶比跟踪相结合,提出了一种适合弱特征信号解调、时变传递路径及变速工况的包络角域加窗同步平均技术。Tukey窗函数对故障振动信号进行加窗处理,希尔伯特变换(Hilbert)获取故障复包络信号,计算阶比跟踪对复包络信号进行等角度重采样,转换为准平稳角域信号,然后进行同步平均。该方法对太阳轮故障实测振动信号进行分析,实验结果表明,所提出方法能够有效地提取太阳轮故障的特征信息。     

基于自适应奇异值分解的行星齿轮箱故障诊断方法

行星齿轮箱振动信号中的故障特征通常淹没在噪声信号中,因此有必要研究如何提取这些微弱故障特征。针对传统奇异值分解特征提取方法中不能自动选择有效奇异值数目的问题,提出了一种基于自适应奇异值分解的行星齿轮箱故障诊断方法。首先根据一定的条件,通过该方法选择几个不同的有效奇异值数目并得到几组不同的重构信号;再根据这些重构信号的偏态绝对值,自动选择最佳的重构信号;最后进行包络分析,得到故障信号的包络谱。仿真和实验对比结果表明,此方法相比于传统的奇异值分解特征提取方法,能够更好地在消除噪声和提取行星齿轮箱振动信号中的微弱故障特征。     

行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障,复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用,以及时变振动传递路径的调幅作用,建立了组合故障振动信号模型,推导了Fourier频谱公式,总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果,基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。     

基于自参考自适应消噪的行星轮轴承内圈故障特征提取

针对行星轮轴承振动信号的传递时变路径,且行星轮轴承振动信号常被齿轮啮合振动信号所湮没等问题。提出了一种基于自参考自适应消噪的行星轮轴承内圈故障诊断方法。用自参考自适应消噪技术(SANC)、AR模型预白化等预处理技术以削弱齿轮啮合振动信号的干扰;基于谱峭度(Spectral Kurtosis,SK)自适应求解共振带参数;采用Hilbert变换提取平方包络信号;对包络信号进行谱分析。试验结果表明该方法可以有效地揭示行星轮轴承内圈的故障特征信息。     

局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动,且故障特征信号微弱等问题,提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量,针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算,以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态(齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障)的振动信号,对其进行局部均值分解和排列熵计算,验证了此方法的有效性。     

局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动,且故障特征信号微弱等问题,提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量,针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算,以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态(齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障)的振动信号,对其进行局部均值分解和排列熵计算,验证了此方法的有效性。     

含行星轮局部故障的行星齿轮箱振动仿真及实验研究EI北大核心CSCD

针对现有行星齿轮箱局部故障振动仿真模型使用小波变换和加窗振动分离技术进行故障诊断时效果不明显的问题,提出了一种以齿轮啮合冲击响应和齿轮啮合顺序为基础的行星轮局部故障振动仿真模型。以齿轮啮合冲击响应为基础,仿真正常齿和故障齿的单次啮合冲击振动响应;计算每次齿轮啮合的时间点,按照轮齿啮合顺序使用单次啮合冲击振动响应进行拼接,综合考虑振动信号的时变传递路径和太阳轮、行星轮和行星架转频的调制影响;建立了满足加窗振动分离技术故障特征提取的行星轮局部故障振动仿真模型。通过与行星齿轮箱的试验平台实测振动信号和振动仿真信号的分析对比,验证了所建立模型的正确性。     

一种基于行星齿轮箱复合运动的故障诊断指标

行星齿轮箱广泛应用于风力发电、航空、船舶等大型工程机械中,恶劣的工作环境使得其中的关键部件容易出现严重的磨损或疲劳断裂等故障。现有的故障诊断方法大多在时、频域中对信号进行处理,然而由于行星齿轮箱振动响应信号频率成分的复杂性和故障传递路径的时变特性,使得传统的针对定轴转动齿轮系统的故障诊断方法很难有效的对行星齿轮箱进行故障诊断;抓住行星齿轮系统复合运动的突出特征,结合故障振动传递路径的时变特性,提出了一种基于故障运动特征的潮汐频率特征指标对行星齿轮箱进行故障诊断。通过对行星齿轮箱太阳轮局部故障的振动数据分析,验证了潮汐频率指标的存在,分析了潮汐频率作为行星齿轮箱故障诊断指标的优势和前景。     

基于线调频小波路径追踪算法与EEMD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故障特征提取,提出了一种基于线调频小波路径追踪算法与集合经验模式分解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曲线,根据转频曲线对原始振动信号进行等角度重采样,将时域信号转化为角域信号,再对角域重采样信号进行集合经验模式分解,根据相关系数选取合适的内禀模态函数,最后对所选取的内禀模态函数分量进行Hilbert包络谱分析,根据包络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分析,结果表明,本文方法在无转速计的情况下能有效地提取变转速齿轮箱复合故障的特征。     

GASA-PSO优化算法共振稀疏分解齿轮故障诊断研究#br#

针对齿轮箱齿轮早期微弱故障信号在恶劣工况下信噪比降低、故障特征不明显、提取困难等问题,提出一种基于遗传模拟退火算法与粒子群算法融合的共振稀疏分解故障诊断方法,对成分复杂、存在模态混叠的非平稳齿轮箱振动信号进行分析。建立齿轮箱故障模型,模拟齿轮故障信号,将遗传模拟退火算法与粒子群融合算法对品质因子全局快速寻优,利用最匹配品质因子对齿轮振动信号分离得到高、低共振分量与残差分量,对低共振分量做Hilbert 包络分析,得到冲击脉冲信号,进而对齿轮箱进行故障诊断;利用MATLAB仿真分析与实验证明,所提出的方法可以有效提取齿轮箱早期微弱的故障信号,具有较高的分离精度,实现齿轮微弱故障诊断,证明了该方法的可行性与有效性。     

行星齿轮箱太阳轮轴承外滚道故障特征增强研究EI北大核心CSCD

当行星齿轮箱存在太阳轮与太阳轮轴承复合故障时,太阳轮轴承故障信号微弱,容易被太阳轮故障信号淹没。为了在强大的太阳轮故障信号的背景下高效提取微弱的轴承故障信号,开展了行星齿轮箱太阳轮与太阳轮轴承复合故障动力学响应研究。以单级行星齿轮箱为研究对象,利用ADAMS动力学分析软件,构建包含太阳轮断齿以及太阳轮轴承外圈局部损伤的行星齿轮箱刚-柔耦合动力学模型,该模型保留了轴承滚动体与保持架的6个自由度,并且考虑了齿轮与轴承的耦合作用。基于所建立的刚-柔耦合动力学模型,提出了太阳轮轴承外滚道故障特征增强方法。该方法基于外滚道损伤-滚动体冲击力方向在轴承旋转过程中基本不变的原理,将垂直放置的两个加速度传感器采集的振动信号转换到极坐标系,通过分析坐标点在极坐标系中的分布情况来对复合故障下太阳轮轴承外滚道表面损伤进行诊断。结果表明,使用该方法能够对频谱分析不能诊断的太阳轮轴承外滚道故障进行特征增强。     

基于角域加窗同步平均的太阳轮故障检测方法

行星齿轮箱广泛应用于风电机组等大型装备中,其振动特征提取在故障诊断领域有重要意义。但由于存在非平稳、调制、传递路径复杂、传递路径具有时变特性等特点,常规定轴齿轮箱的同步平均技术不直接适用。在原有行星齿轮箱加窗时域平均方法基础上提出一种适合时变传递路径及变速工况的角域加窗同步平均技术,从中提取有用信号同时降低传输路径的影响。由计算阶比跟踪对时域加窗振动信号进行等角度重采样,转换为角域准平稳信号,然后进行同步平均。将该方法对行星齿轮箱故障实测振动信号进行了分析,实验结果表明,所提出方法能够有效地提取行星齿轮箱太阳轮故障的特征信息。     

基于傅里叶分解与奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法

针对强噪声条件下滚动轴承故障冲击特征难以提取的特点,提出了一种基于傅里叶分解与奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法。首先通过傅里叶分解将非平稳的原始轴承故障振动信号分解为若干个固有频带函数,然后运用互相关系数法筛选固有频带函数进行信号重构,并对重构后的信号进行奇异值差分谱降噪,最后对联合降噪后的信号进行Hilbert包络谱分析,准确地识别出故障特征频率,进行故障诊断。仿真分析和试验都很好地验证了该方法的有效性。     

基于改进EEMD和声发射技术的行星齿轮箱故障诊断研究

行星齿轮箱作为风电机组传动系统中易发故障的部件之一,其故障检测和诊断具有重要意义。本文针对行星齿轮箱的振动信号幅值和频率调制明显、边频带复杂、频谱分析困难、故障特征频率提取难度较大的特点,提出一种基于改进的EEMD和声发射技术的行星齿轮箱故障诊断方法,结合EEMD高频到低频的分解特点和模糊熵对IMF分量的筛选对声发射信号进行分析。实验表明,所提出的方法能够有效提取故障特征频率,且能有效滤除噪声对特征频率的干扰。     

基于SWD-AVDIF的齿轮箱复合故障诊断方法

针对由噪声干扰和故障强度分布不均引起的齿轮箱复合故障诊断问题,提出基于群分解和平均差值形态算子(Swarm Decomposition-Average Difference Filter,SWD-AVDIF)的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法首先运用群分解(Swarm Decomposition,SWD)将振动信号分解为若干单一模态振荡分量(Oscillatory Components,OCs);然后对分量进行AVDIF解调,得到SWD-AVDIF解调谱;最后根据解调结果判别故障类型。与EMD对比,仿真信号验证了SWD方法在频率区分能力上的优越性;运用齿轮箱复合故障仿真信号和实验信号进行分析,结果表明该方法能够有效地分离复合故障信号并加强故障特征,为齿轮箱复合故障诊断提供了一种新的方法。     

改进VMD和非凸重叠组收缩降噪的行星齿轮箱早期故障特征提取

针对强背景噪声下行星齿轮箱早期微弱故障特征难以被识别且变分模态分解算法中模态个数K和惩罚因子α需要依赖人为经验反复尝试而不能自适应确定的问题,提出了改进变分模态分解（Modified Variational Mode Decomposition,MVMD）方法,通过故障信号尺度空间谱的自适应分割来确定所需模态个数K,同时建立峭度最大值判定准则自动选取最佳惩罚因子α。在此基础上,将MVMD 与自适应非凸重叠组收缩降噪算法（Adaptive Nonconvex Overlap Group Shrinkage,ANOGS）相融合,提出了基于MVMD?ANOGS 的行星齿轮箱早期故障诊断方法。对故障振动信号进行MVMD 最佳分解,获取多个模态分量;利用ANOGS 算法对峭度最大的敏感模态进行稀疏降噪,从而突出信号中的故障冲击特征;对降噪模态进行包络解调处理,以提取明显的故障特征频率来判别故障。通过仿真信号和工程实验数据分析表明,相比传统VMD 方法、EEMD 方法和快速谱峭度方法,该方法能成功地提取微弱故障冲击特征且更加清晰,提高了行星齿轮箱早期故障的表征能力与诊断精度。     

基于ICEEMDAN方法和频率解调的行星齿轮箱故障电流信号特征分析

为了从电流信号中准确地提取行星齿轮箱故障特征,提出了基于改进自适应噪声完备集合经验模式分解和频率解调分析的故障诊断方法。通过改进自适应噪声完备集合经验模式分解将感应电机电流信号自适应地分解为一系列本质模式函数;根据故障频率调制供电频率的特性,以瞬时频率最接近供电频率为优选原则,优选出含有故障信息的本质模式函数作为敏感分量;并对敏感分量进行频率解调,通过频率解调谱诊断行星齿轮箱故障。齿轮箱试验分别采集太阳轮、行星轮以及齿圈三种局部故障状态的电机电流信号;信号分析结果表明该方法不仅可以减小定子电流噪声的影响,而且可以有效地提取复杂信号中的故障特征频率。