基于阶次跟踪和变换时频谱的轴承故障诊断

综合利用阶次跟踪和Teager-Huang变换时频分析技术,进行齿轮箱起动过程轴承故障诊断.首先,对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,并对时域信号进行等角度重采样转化为角域平稳信号,再对角域信号进行EMD分解,将振动信号分解成不同特征时间尺度的单分量固有模态函数.然后,用Teager能量算子计算各固有模态函数的瞬时频率和瞬时幅值,进而得到Teager-Huang变换时频谱.通过对齿轮箱起动过程轴承故障振动信号的分析表明,该方法能有效地识别轴承故障.     

基于局部均值分解的阶次跟踪分析及其在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮升降速过程中故障振动信号为多分量的调制信号以及故障特征频率随转速变化的特点,将局部均值分解（LMD）与阶次跟踪分析相结合,提出了一种新的齿轮故障诊断方法。首先采用阶次重采样将齿轮的时域振动信号转换为角域平稳信号,然后对角域信号进行LMD分解,得到若干个乘积函数（PF）分量,最后对各个PF分量的瞬时幅值进行频谱分析来提取齿轮的故障特征。通过对齿轮齿根裂纹故障试验振动信号的分析可知,该方法能有效地提取齿轮故障特征。     

基于阶次跟踪的变速齿轮啮合频率振动评估方法

针对变速齿轮在某一转速范围内运行时产生共振导致强烈振动的问题,有效地对变速齿轮啮合频率进行评估是减少和规避此类故障的关键。但由于变速齿轮振动信号在时域呈现非平稳性,传统的齿轮信号分析方法无法有效地提取出特征频率,并且齿轮箱振动源较多且存在背景噪声,导致阶次谱成分复杂。有鉴于此,将阶次跟踪和经验模态分解相结合,提出一种基于阶次跟踪的变速齿轮啮合频率振动评估方法。首先采用阶次跟踪方法对某转速下齿轮的时域信号进行等角度重采样;然后对阶次域信号进行经验模态分解,提取出包含齿轮啮合信息的本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量;再利用阶次谱分析提取出齿轮啮合阶次所对应的幅值;最后通过比较不同转速下的齿轮啮合阶次的幅值大小,对齿轮的振动变化进行评估。在实际现场齿轮信号的应用结果表明:该方法得到的阶次谱中啮合阶次明显,并且能够有效地实现变速齿轮的共振转速识别。     

基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备,软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题,提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法。该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点,采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号,依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样,将非平稳信号转化为角域平稳信号,得到振动信号的阶次谱,判断齿轮箱故障。仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点,可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数,准确地对转速进行估计,其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障。     

基于阶次跟踪和经验模态分解的滚动轴承包络解调分析

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将计算阶次跟踪方法与经验模态分解技术相结合,提出一种研究旋转机械瞬态信号故障诊断的分析方法。首先对齿轮箱启动时测得的振动信号进行时域采样,再对时域信号进行等角度重采样,将其转化为角域准平稳信号,然后对角域里的信号进行经验模态分解得到多个固有模态函数分量,最后对包含轴承故障信息的高频固有模态分量进行包络解调分析。结果显示：阶次跟踪技术能够有效地避免传统频谱方法所无法解决的“频率模糊”现象,将非平稳信号转化为准平稳信号;经验模态分解方法能够提取包含故障信息的固有模态分量,将两种方法相结合是对传统频谱分析法的有力补充,具有很广阔的应用前景。     

齿轮箱起动过程故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪、角域平均和Teager能量算子分析技术相结合,提出了基于阶次跟踪和Teager能量算子分析的齿轮箱故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,再对时域信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,然后对角域信号进行角域平均和带通滤波,以消除干扰噪声的影响,最后由Teager能量算子计算振动信号的瞬时频率和瞬时幅值,根据瞬时频率和瞬时幅值图,就可提取齿轮的故障特征.通过对齿轮齿根裂纹故障试验信号的分析,表明该方法能有效地诊断齿轮的裂纹故障.     

基于经验模态分解的瞬时相位分析方法的应用

提出了基于经验模态分解的瞬时相位分析的新方法。通过对振动信号作经验模态分解得到信号的固有模态函数，再求出各个固有模态函数的Hilbert变换，得到信号的瞬时相位．通过瞬时相位的傅里叶分析就可提取信号特征。介绍了该方法的基本原理，并应用于齿轮箱轴承的故障诊断研究，通过选取表征轴承故障的固有模态函数进行瞬时相位和傅里叶分析，就可提取轴承故障振动信号的特征。通过对轴承故障实验信号的分析．表明该方法能有效地诊断轴承的故障。     

基于多项式Chirplet变换和变分模态分解的变转速工况轴向柱塞泵故障诊断

针对变转速工况轴向柱塞泵故障诊断时故障特征提取困难的问题,提出了基于多项式Chirplet变换和变分模态分解的诊断方法。首先使用多项式Chirplet变换估计瞬时频率;然后基于估计的瞬时频率重采样,将时域非平稳信号转化为角域平稳信号;最后对角域信号进行变分模态分解。根据峭度对所得的本征模态函数分量进行重构并作包络阶次谱分析,判断轴向柱塞泵中轴承的故障类型。实验结果表明,该方法有效提取了变转速工况轴向柱塞泵轴承的故障特征。     

基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断

针对变工况风电齿轮箱振动信号存在频谱频率模糊问题,以及传统时域同步平均方法需要键相信号及转速稳定要求.提出了一种不需要键相信号可跟踪变转速振动信号瞬时频率的时域同步平均方法.该方法通过非线性短时傅里叶变换(Non-linear short-time fourier transform,NLSTFT)获取变转速齿轮箱振动信号瞬时频率曲线,积分得到瞬时相位曲线;根据瞬时相位对原始信号进行角域重采样,获得阶次信号;最后对阶次信号进行TSA处理进行齿轮故障诊断.以某机组的齿轮箱实测数据,有效地验证了所提方法在风电齿轮箱故障诊断中的有效性及工程实用性.     

基于改进型峰值搜索法的变速箱振动阶比分析

基于传统内燃机汽车发动机引起振动噪声阶次特征明显的特点，运用短时傅里叶变换（short-time Fourier transform，简称STFT）进行转速估计，结合阶次追踪法，对汽车加速工况变速器振动信号进行阶次分析。首先，利用STFT对加速工况变速箱振动信号进行时频分析；其次，利用改进型峰值搜索法提取特征阶次所对应的瞬时频率值，进一步计算得到发动机转速信号表达式；然后，根据发动机转速信号表达式对振动信号在角域重采样，进行阶次分析；最后，利用本研究方法对变速箱加速过程振动信号进行阶次分析，并与商用软件LMS.Test.lab分析结果进行对比。结果表明，本研究方法无需布置转速传感器即可对变速箱振动信号进行阶次分析，为整车振动噪声试验分析提供参考。     

Bearing fault detection and diagnosis based on order tracking and Teager-Huang transform

The vibration signal of the run-up or run-down process is more complex than that of the stationary process. A novel approach to fault diagnosis of roller bearing under run-up condition based on order tracking and Teager-Huang transform (THT) is presented. This method is based on order tracking, empirical mode decomposition (EMD) and Teager Kaiser energy operator (TKEO) technique. The nonstationary vibration signals are transformed from the time domain transient signal to angle domain stationary one using order tracking. EMD can adaptively decompose the vibration signal into a series of zero mean amplitude modulation-frequency modulation (AM-FM) intrinsic mode functions (IMFs). TKEO can track the instantaneous amplitude and instantaneous frequency of the AM-FM component at any instant. Experimental examples are conducted to evaluate the effectiveness of the proposed approach. The experimental results provide strong evidence that the performance of the Teager-Huang transform approach is better to that of the Hilbert-Huang transform approach for bearing fault detection and diagnosis. The Teager-Huang transform has better resolution than that of Hilbert-Huang transform. Teager-Huang transform can effectively diagnose the faults of the bearing, thus providing a viable processing tool for gearbox defect monitoring.     

利用倒阶次谱和经验模态分解的轴承故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪分析与希尔波特-黄变换技术相结合,提出了基于倒阶次谱和经验模态分解的滚动轴承故障诊断方法.首先,对齿轮箱加速时测得的瞬态信号进行时域采样,对时域信号进行等角度重采样,转化为角域伪平稳信号,然后对角域信号进行经验模态分解.最后,对包含轴承故障信息的高频固有模态函数进行倒阶次谱分析,就可以提取轴承的故障特征.通过对轴承内圈和外圈故障信号的分析表明,该方法能准确识别轴承的故障类型和部位.     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

提出了一种基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换时频分析方法，并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。该时频分析方法通过使用快速路径优化获得瞬时频率变化规律，在短时傅里叶变换过程中自适应的改变时窗长度，从而获得更恰当的时频分辨率。针对行星齿轮箱运行状态不稳定的特点，通过使用笔者提出的时频分析方法可以有效地提取出行星齿轮箱的转速信息，利用参考转速对故障信号角度域重采样和阶次分析，从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真分析表明，与传统短时傅里叶变换相比基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换得到的时频分布能量更加集中；试验分析证明了基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换方法在行星齿轮箱故障诊断中的有效性。     

IMPROVED METHOD FOR HILBERT INSTANTANEOUS FREQUENCY ESTIMATION

In the mechanical fault detection and diagnosis field, it is more and more important to analyze the instantaneous frequency (IF) character of complex vibration signal. The improved IF estimation method is put forward aiming at the shortage of traditional Hilbert transform. It is based on Hilbert transform in wavelet domain. With the help of relationship between the real part and the imaginary part obtained from the complex coefficient of continuous wavelet transform or the analytical signal reconstructed in wavelet packet decomposition, the instantaneous phase function of the subcomponent is extracted. In order to improve the precise of IF estimated out, some means such as Linear regression, adaptive filtering, resampling are applied into the instantaneous phase obtained, then, the central differencing operator is used to get desired IF. Simulation results with synthetic and gearbox fault signals are included to illustrate the proposed method.     

基于包络加窗同步平均的行星齿轮箱特征提取

行星齿轮箱由于行星轮通过效应、太阳轮与行星架的旋转及时变工况,导致其振动响应存在时变传递路径及非平稳性等特点,且传统的同步平均将不能直接应用于行星齿轮箱。笔者在国外加窗同步平均的基础上提出一种能有效克服时变传递路径及非平稳性的基于包络信号角域加窗同步平均的行星齿轮箱故障特征提取方法。首先,基于谱峭度提取出行星齿轮箱振动信号的包络信号;其次,再利用计算阶比跟踪技术对包络信号进行等角度重采样,行星架每旋转一圈,选择合适的窗函数对角域信号进行多齿宽加窗截取;最后,验证齿轮啮合齿序特征,根据重排齿序对加窗信号进行重构振动分离信号,对振动分离信号进行角域同步平均,提取行星齿轮箱故障特征。行星齿轮箱故障实测信号分析表明,该方法能有效提取行星齿轮箱故障特征。