现代信号分析在滚动轴承故障诊断中的应用

滚动轴承是各种机电设备中的重要部件,其主要特点是其寿命的随机性较大,且它的好坏直接影响到设备的正常运行。因而掌握轴承运行的工作状态以及故障的形成和发展是目前机械故障诊断领域中研究的重要内容之一。利用轴承的随机振动信号对其工作状态进行诊断是目前最常用的方法。分析的方法主要有时域法和频域法。而传统的基于Fourier分析的方法其时间和频率这两个变量依Heisenberg测不准原理是互斥的,因此传统的功率谱分析是针对平稳随机信号而言的。滚动轴承的故障振动信号为典型的非平稳信号,而非平稳信号需要用现代信号分析的方法来处理。利用现代信号分析理论从线性时频分析(小波减噪变换)、非线性时频分析(伪Wigner-Ville时频分布)和高阶谱(三阶谱)三方面对滚动轴承故障信号特征进行提取加以研究。研究结果表明,小波减噪方法在微弱信号检测方面具有较强的能力;伪Wigner-Ville时频分布图能有效地建立故障信息图谱,直观性更强;高阶谱可以很好的检测出非高斯故障信号的信息。     

基于Gabor变换与Wigner-Ville分布的滚动轴承故障诊断

滚动轴承是各类机械设备中承担关键支撑作用的零部件,在恶劣工作环境下极易损坏。论文首先通过Gabor变换的方法分析滚动轴承振动信号时频特性,然后计算其Wigner-Ville分布,最后从信号的阶次谱中识别故障特征,从而诊断出滚动轴承故障位置。试验结果表明,论文所用方法能够准确判断滚动轴承技术状态。     

基于伪Wigner-Ville分布与小波变换的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障信号非平稳、非高斯的特点,提出了基于伪Wigner-Ville分布及小波变换的滚动轴承内、外圈故障诊断方法。在研究滚动轴承故障诊断机理,伪Wigner-Ville分布及小波变换理论的基础上,利用这两种方法对内圈、外圈故障的滚动轴承的振动信号进行了分析,提取了故障特征频率。结果表明,小波变换能够比伪Wigner-Ville分布更有效地提取轴承故障的特征信息,提高轴承故障诊断率。     

Hough变换在工业测量中的应用

基于随机Hough变换"多对一"的思想,提出了一种应用机器视觉对直线和一般二次曲线检测时改进的Hough变换方法,实践证明该方法在工业测量中行之有效。     

小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用

采用小波变换能够快速有效地对滚动轴承振动信号进行带通滤波。通过选用多尺度的小波变换,能较好地分离出所要分析的高频固有振动信号,然后对高频振动信号进行包络分析,从包络谱图中提取故障特征频率分量,就能诊断出滚动轴承故障发生在哪个元件上。实验结果表明,这种诊断方法是有效的。     

Hilbert-Huang变换在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法——基于小波系数包络信号的局部Hilbert边际谱方法，在Hilbert—Huang变换的基础上介绍了局部Hilbert谱和局部Hilbert边际谱，并将它应用于滚动轴承的故障诊断中。用小波基将滚动轴承故障振动信号分解，对高频段的小波系数用Hilbert进行包络分析得到包络信号，再对包络信号进行Hilbert—Huang变换求出局部Hilbert边际谱，从局部Hilbert边际谱中就可以判断滚动轴承的故障部位和类型。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下的振动信号的分析，说明该方法比传统的包络分析方法更能有效地提取滚动轴承故障特征。     

基于时频分布的行星齿轮箱滚动轴承故障诊断研究

齿轮箱滚动轴承缺陷的两个主要特征不仅与频率有关,而且与时间有着密切的关系.如果单从时域或者频域分析滚动轴承的故障信号,很难获得故障信号的特征全貌.使用时间和频率的联合函数来表示信号,将联合时频分析引入滚动轴承的故障诊断,进行信号分析,会更符合实际.文中结合实例对行星齿轮箱滚动轴承的各种振动信号进行分析,结果表明,通过对信号作伪Wigner-Ville分布(pseudo-Wigner-Ville distribution,PWD),能形象、直观地反映出轴承故障的时-频域信息,而且对故障信息具有较强的判别能力,得到比较理想的诊断结果,为机械振动的非平稳时变信号的分析提供了方便可行的手段.     

CEEMD-WVD多尺度时频图像的滚动轴承故障诊断

针对一般EMD-WVD方法在提取时频图像信息不充分的问题,提出一种基于CEEMD-WVD多尺度时频图像的滚动轴承故障诊断方法。该方法采用互补集合经验模态分解(CEEMD)方法对故障振动信号进行分解,自适应地获得不同频段的固有模态函数(IMF)分量;选取前几个高频信号IMF模态分量,运用Wigner-Ville分布(WVD)对各IMF分量分别做时频分析,进一步转化成对应的多尺度的时频图像;然后提取各尺度时频图像的局部二进制(LBP)纹理特征,并利用其特征训练SVM分类器;最后用训练好的分类器对不同的轴承故障振动信号进行故障识别。实验结果表明,该方法有较强的自适应性且能生成高分辨率图像,故障识别率高,在凯斯西储大学(CWRU)的滚动轴承数据库上进行5类故障的实验,诊断正确率为99.75%。     

基于频率切片小波变换时频分析的齿轮故障诊断

为了在强噪声中有效提取齿轮的故障特征,提出了一种基于频率切片小波变换时频分析的齿轮故障诊断方法。先对信号进行频率切片小波变换,得到在全频带下的时频分布,然后在此基础上分割出含有故障特征的时频区域,再通过对该区域进行时频阈值滤波和逆变换重构分离出有效的故障特征。仿真实验和实测信号分析表明,这种方法可从噪声信号中分离出有效的特征分量,在齿轮故障诊断方面取得了较好的应用效果。     

连续小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用

采用连续小波分析的方法对滚动轴承振动和速度信号进行处理,提取滚动轴承故障特征。通过对滚轴承在正常、内圈剥落、外圈剥落及滚动体落情况下的振动加速度信号进行分析,验证了这种方法的有效性。     

齿轮与轴承故障的Chirplet时频分析

机械故障信号通常具有非线性时频关系多分量信号,其频谱占有较宽的频带,且各分量的频谱往往相互交叠,给故障诊断带来了很大的障碍.首先,在分析Chirplet时频分解的理论基础上,对Chirplet基函数进行了增加曲率参数的改进,提高了基函数对非线性时变分量的匹配能力;然后,仿真试验对基函数改进后的自适应时频分布与其他各类时频谱进行了比较.结果表明,改进后的基函数能很好地匹配出非平稳信号中的各种线性或非线性时变分量,其对应的时频具有较高的时频分辨率,且无交叉干扰项;最后,将该方法用于轴承故障信号和齿轮故障信号的分析.分析结果证实,该方法不仅能对轴承与齿轮箱故障进行准确定位,而且为故障原因及故障程度提供可靠的判断依据.     

基于形态分量分析的希尔伯特变换在滚动轴承故障诊断中的应用

形态分量分析是一种基于信号形态多样性和信号稀疏表示的信号处理方法。滚动轴承故障信号具有振幅呈指数衰减与环境噪声大的特点。通过构建一个对冲击信号敏感的字典,利用形态分量分析对轴承故障信号的时域形态特征进行最优化稀疏表示,得到滚动轴承冲击信号。并对形态分量分析后的冲击信号进行希尔伯特变换,得到明确的故障特征频率及其倍频。仿真分析与实验结果表明：该方法具有良好的降噪功能,能够准确地提取滚动轴承故障信号中的早期冲击特征。     

基于时频分析的某惯性器件测试与故障诊断

简要介绍了时频分布检测信号的基本原理，并基于Pseudo-Margenau-Hill(PMH)时频分布分析了某横法向稳定仪在正常和故障状态下所采集到的两组数据。实验结果分析表明，PMH分布可提取横法向稳定仪在故障状态时的信号时频特征，确定故障发生的时刻。     

强抗噪时频分析方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

根据滚动轴承发生故障时呈现出循环平稳的特征,将基于二阶循环统计量的谱相关或谱相关密度分析方法加以改进,提出一种新的时频分析方法。经仿真验证,所述方法相对于谱相关分析方法具有很强的抗噪能力;针对轴承发生故障时的调制特征,往往只需要提取出故障频率即循环调制频率而不必提取调制现象的载频,在所述方法的基础上,将其加以改进,改进后的谱分析方法只提取出调制频率,通过滚动轴承三种故障试验(内、外圈故障及滚动体故障)验证了其具有更清晰的表达效果和更好的故障特征提取效果。     

基于局域均值分解的滚动轴承故障诊断方法

论述了一种新的自适应时频分析方法--局域均值分解的基本原理和算法,并将该方法引入到滚动轴承故障诊断中,提出了一种基于局域均值分解的滚动轴承故障诊断方法, 该方法先将一个故障信号自适应地分解成若干个具有一定物理意义的生产函数分量,然后求出每个PF分量的瞬时幅值和瞬时频率,从而获得故障信号的特征信息.试验结果验证了该方法的有效性.     

改进的希尔伯特-黄变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用

希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)是一种优秀的时频分析方法,包含经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)和希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)两部分,通过EMD对信号进行分解,再对得到的内禀模态函数(Intrinsic mode function,IMF)进行HT解调。针对EMD存在的包络误差,模态混淆,端点效应以及HT易产生负频率等缺陷,提出一种改进的HHT方法(Improved HHT,IHHT),IHHT包括广义经验模态分解(Generalized EMD,GEMD)和改进的直接正交(Improved direct quadrature,IDQ)解调,GEMD通过定义多种均值曲线,从得到的多个IMF中选择最优分量,从而保证了每阶分量的优越性;再采用改进的经验调幅调频分解和IDQ方法对信号进行解调,提高了分解和解调的精确性、抑制了端点效应的产生。将提出的方法应用于滚动轴承故障诊断,分析结果表明IHHT是一种有效的信号处理方法。     

轴承故障诊断的二次FFT分析法

高频谱峰群中含有轴承故障的信息,采用二次FFT分析法对高频谱蜂群进行分析,能成功地诊断出产生疲劳剥落的轴承元件。     

基于同步挤压提取变换的滚动轴承故障诊断研究

滚动轴承是大型机械设备的重要部件,起着非常重要的作用.当轴承发生故障时,如不及时修复或更换,将严重影响设备的寿命.时频分析方法是一种非常有效的故障特征提取工具,已得到广泛的应用;同时,时频分布的能量聚集性影响故障特征提取效果,因此,一种能量更加集中的时频分析方法对机械信号处理与故障诊断起着至关重要的作用.提出了一种全新...