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基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断

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机械工程学报 2012年第3期48卷 95-101页

作者：陈向民于德介罗洁思湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为从变转速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障特征,提出基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号中的转速信号,根据转速信号对信号进行等角度采样,获取角域周期平稳信号,求取角域信号... 详细信息

为从变转速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障特征,提出基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号中的转速信号,根据转速信号对信号进行等角度采样,获取角域周期平稳信号,求取角域信号的循环自相关函数,在特征循环阶比处对循环自相关函数进行切片,并对切片进行解调分析得到切片解调谱,依据切片解调谱进行齿轮故障诊断。由于线调频小波路径追踪算法具有精度高和抗噪能力强的优点,而循环平稳解调算法可以有效提取淹没在噪声中的周期性故障特征,因而,该方法结合了二者的优点,适合于变转速齿轮信号的故障特征提取。算法仿真和应用实例表明,该方法能有效地提取变转速齿轮箱振动信号中的齿轮故障特征。

关键词：线调频小波阶比跟踪循环平稳解调齿轮故障诊断

基于循环平稳解调的齿轮裂纹早期故障诊断研究

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振动工程学报 2008年第3期21卷 274-278页

作者：崔玲丽高立新蔡力钢张建宇胥永刚北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100022

齿轮轮齿发生早期裂纹时,裂纹故障信号十分微弱。为了有效提取早期裂纹故障特征,提出基于循环平稳解调的早期故障诊断方法。该方法首先去除振动信号中的啮合基频及其谐波成分,得到残余信号,然后针对残余信号进行循环平稳解调分析和处理... 详细信息

齿轮轮齿发生早期裂纹时,裂纹故障信号十分微弱。为了有效提取早期裂纹故障特征,提出基于循环平稳解调的早期故障诊断方法。该方法首先去除振动信号中的啮合基频及其谐波成分,得到残余信号,然后针对残余信号进行循环平稳解调分析和处理。仿真及工程实例分析结果表明,所提出的方法能成功地将齿轮早期裂纹故障信息从复杂的振动中提取出来,更有利于及早发现故障并且判断故障的严重程度。

关键词：齿轮裂纹早期故障循环平稳解调

基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法

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中国机械工程 2013年第10期24卷 1320-1327页

作者：李蓉于德介陈向民刘坚湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对变转速下的齿轮箱中复合故障的特征提取,提出了一种基于阶次分析与循环平稳解调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信号,再根据转频信号对原始振动信号进行等角度重采样,将时域... 详细信息

针对变转速下的齿轮箱中复合故障的特征提取,提出了一种基于阶次分析与循环平稳解调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信号,再根据转频信号对原始振动信号进行等角度重采样,将时域非平稳信号转化为角域周期平稳信号,最后对角域周期平稳信号进行循环平稳解调分析,根据故障特征阶次处的切片解调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了分析,分析结果表明,该方法在无转速计的情况下能有效地提取处于变转速下的齿轮箱复合故障的特征。

关键词：线调频小波阶次跟踪循环平稳解调齿轮箱复合故障

基于LMD和循环平稳解调的齿轮箱故障诊断技术

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基于LMD和循环平稳解调的齿轮箱故障诊断技术

作者：扈玉辰中北大学

学位级别：硕士

齿轮变速箱是机械设备中的一个关键组件，其运行状态的好坏与整个机械系统的健康状况直接相关。随着机械设备不断向着大型化，综合化，精密化和复杂化的方向发展，人们越来越关心如何在不停机的状态下完成对齿轮箱的故障诊断。齿轮箱其... 详细信息

齿轮变速箱是机械设备中的一个关键组件，其运行状态的好坏与整个机械系统的健康状况直接相关。随着机械设备不断向着大型化，综合化，精密化和复杂化的方向发展，人们越来越关心如何在不停机的状态下完成对齿轮箱的故障诊断。齿轮箱其内部零件在发生故障时，往往会产生明显的调制现象，通常采用解调方法进行处理。但是，目前常用的解调方法，如Hilbert包络解调，检波滤波解调和循环平稳解调对齿轮箱中复杂成分的调制信号进行解调时会产生频率混叠现象。因此，在对齿轮箱故障振动信号进行解调分析之前，应将其分解为单一成分的调制信号。本文提出采用局域均值分解对齿轮箱故障信号进行处理，将其分解为单一组分的调制信号，对分解出的能量集中的乘积函数进行循环平稳解调，求取其循环谱，再将循环谱进行组合，抑制直接使用循环平稳解调而产生的交叉干扰项的影响。首先对循环平稳理论进行了研究，着重探讨了二阶循环统计量，并分析了其解调性能，与常见的Hilbert包络解调和能量算子解调方法进行了对比，证明了其优越性，并对二阶循环统计量在实际应用中的缺陷进行了分析，提出一种改进思路。其次对LMD分解方法进行了研究，与另一种自适应的信号分解方法——经验模态分解进行了对比，验证了LMD分解优越性。同时研究了平均滑动步长的选择对LMD分解精度的影响，采用改进的LMD分解方法来提高分解精度和速度，并与传统的LMD分解进行了对比，验证了其优越性，并将其应用到循环平稳解调中来抑制交叉干扰项的影响。最后利用两个结构形式不同的齿轮箱实验平台，模拟了齿轮箱正常状态、齿轮故障状态和轴承故障状态的工作情况，并采集相应的振动信号，运用文中提出的方法对各状态的特征进行提取，获得了良好的结果。

关键词：齿轮箱故障诊断循环平稳解调局域均值分解特征提取

基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断

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基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断

中国振动工程学会第七次全国会员代表大会暨第十届全国振动理论及应用学术会议

作者：陈向民于德介罗洁思湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室

为从变速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障信息,提出了基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法先利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号的啮合频率,由此得到转速;然后利用转速对信号进行等角度采样,得到角域周期平稳信号... 详细信息

为从变速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障信息,提出了基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法先利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号的啮合频率,由此得到转速;然后利用转速对信号进行等角度采样,得到角域周期平稳信号;接着求取该角域信号的循环自相关函数,并在特征循环阶比处对该循环自相关函数进行切片;最后对切片进行解调分析得到切片解调谱,依据切片解调谱进行故障诊断。应用实例表明,该方法能有效地提取变转速下的齿轮故障特征。

关键词：线调频小波阶比跟踪循环平稳解调齿轮故障诊断

来源： cnki会议评论

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齿轮振动中调频信号的解调方法及仿真计算

噪声与振动控制 2007年第3期27卷 43-45页

作者：丁芳高立新崔玲丽胥永刚北京工业大学机电学院北京市先进制造技术重点实验室北京100022

齿轮发生裂纹故障时其振动信号会产生调制现象,包括幅值调制和频率(相位)调制两部分。目前调幅信号的解调分析已经比较成熟,但对于调频信号的解调方法研究还不够完善。全面系统介绍了近年来处理调频信号中最常用的希尔伯特相位解调和循... 详细信息

齿轮发生裂纹故障时其振动信号会产生调制现象,包括幅值调制和频率(相位)调制两部分。目前调幅信号的解调分析已经比较成熟,但对于调频信号的解调方法研究还不够完善。全面系统介绍了近年来处理调频信号中最常用的希尔伯特相位解调和循环平稳解调两种方法,并通过仿真指出了这两种方法各自的优缺点和局限性。

关键词：振动与波调频信号希尔伯特变换循环平稳解调仿真

基于信号共振稀疏分解的齿轮故障诊断方法研究

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基于信号共振稀疏分解的齿轮故障诊断方法研究

作者：孙云嵩湖南大学

学位级别：硕士

齿轮是机械设备体系中传递动力和旋转运动的关键部件，在机械加工机床、电力系统、采矿机械等现代工业设备中应用极为广泛。齿轮的运行状态对整个机械设备的运行状况有很大影响，齿轮及齿轮箱故障将直接影响设备的安全可靠性。因此，对... 详细信息

齿轮是机械设备体系中传递动力和旋转运动的关键部件，在机械加工机床、电力系统、采矿机械等现代工业设备中应用极为广泛。齿轮的运行状态对整个机械设备的运行状况有很大影响，齿轮及齿轮箱故障将直接影响设备的安全可靠性。因此，对齿轮进行状态监测及故障诊断具有重要的意义和价值。从故障齿轮的振动信号中提取出故障特征信息进行故障诊断，是齿轮故障诊断的重要手段。信号共振稀疏分解方法（Resonance-based Sparse SignalDecompos ition）是近年来由Se lesnick提出的一种新的振动信号分析方法，该方法根据信号中周期谐波成分与瞬态冲击成分品质因子（定义为中心频率与带宽的比值，用Q表示）的不同，将信号分解为包含周期谐波成分的高共振分量与包含瞬态冲击的低共振分量。周期谐波成分为窄带信号，具有高的品质因子，而瞬态冲击成分为宽带信号，具有低的品质因子。因此，根据品质因子的差异，可实现周期谐波成分与瞬态冲击成分的分离，从而避免了不包含故障特征的信号成分对故障诊断结果的干扰，提高故障诊断结果的可靠性。本文在国家自然科学基金项目“信号共振稀疏分解方法及其在机械故障诊断中的应用研究”(项目批准号：51275161)资助下，以齿轮故障振动机理为基础，深入研究了信号共振稀疏分解方法，并将其应用于变转速条件下的齿轮故障诊断中。论文主要研究工作有：（1）针对齿轮的常见故障类型及其特点，介绍了齿轮振动机理、故障齿轮振动信号特征及目前常用的故障诊断方法。（2）分析了信号共振稀疏分解方法。介绍了信号的共振属性、品质因子可调小波变换及低共振分量与高共振分量分离的实现，并以此为基础将信号共振稀疏分解方法应用于齿轮故障振动信号分析;通过仿真算例、裂纹齿轮振动信号、断齿齿轮振动信号分析，验证了该方法是一种有效的基于振动信号分析与处理的故障诊断方法。（3）针对变转速情况下齿轮故障特征信息难以提取的情况，提出了基于信号共振稀疏分解的阶比分析方法。该方法首先通过对信号进行信号共振稀疏分解分析，将干扰成分与包含故障信息的瞬态冲击成分分离，然后利用线调频小波路径追踪方法得到的转速信号对提取的瞬态冲击成分进行阶比分析。该方法既可以避免干扰成分对分析结果的影响，又可以保证利用提取的转速信息对冲击成分角度重采样结果的正确性，因此该方法得到的最终包络阶次结果能够正确的反映齿轮的故障信息，同时又避免干扰分量对齿轮故障诊断结果的影响。应用实例分析及对比验证了该方法的有效性。（4）针对变转速齿轮箱的早期故障诊断问题，提出了基于信号共振稀疏分解的阶比循环平稳解调方法。该方法首先利用信号共振稀疏分解方法去除振动信号中的啮合基频及其谐波成分等干扰分量，避免其对分析结果的影响;然后利用阶比循环平稳解调对提取的变转速信号中的瞬态冲击成分进行解调分析。利用该方法获得的瞬态冲击成分的阶比循环解调谱能够清晰的反映故障信息，有利于进行变转速条件下的齿轮故障诊断。齿轮早期裂纹故障信号分析的实例证明了其有效性。本文以齿轮状态监测与故障诊断为基础，研究了适用于故障信息与干扰分量分离的信号共振稀疏分解方法，并以其为基础，进一步提出基于信号共振稀疏分解的阶比分析方法和基于信号共振稀疏分解的阶比循环平稳解调方法，并将二者应用于变转速齿轮故障诊断中。仿真算例及应用实例表明，信号共振稀疏分解方法在齿轮故障诊断中有很好的应用前景。

关键词：共振稀疏分解齿轮线调频阶比分析循环平稳解调非平稳信号故障诊断

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齿轮箱故障检测技术研究

齿轮箱故障检测技术研究

作者：牛保国沈阳理工大学

学位级别：硕士

齿轮箱在旋转机械中应用非常普遍,并且容易引发多个组件、零件故障,其能否正常运行对整台甚至整套机械设备的正常工作和使用产生重大影响。齿轮箱发生的故障是多样的,及时对齿轮箱振动数据进行检测,准确识别出齿轮箱运行过程中的故障,... 详细信息

齿轮箱在旋转机械中应用非常普遍,并且容易引发多个组件、零件故障,其能否正常运行对整台甚至整套机械设备的正常工作和使用产生重大影响。齿轮箱发生的故障是多样的,及时对齿轮箱振动数据进行检测,准确识别出齿轮箱运行过程中的故障,更换故障零件,对提高旋转机械整体运行可靠性具有深远意义。论文叙述小波理论、局域均值分解及循环平稳技术原理及其在故障诊断领域里使用情况。进一步讨论了端点效应在局域均值方法中的影响及改进措施。提出将局域均值分解(LMD)和循环平稳解调分析方法相结合,综合使用在齿轮箱故障分离与提取。LMD方法能够把待检测信号自适应地处理成为一组单分量的AM-FM信号,特别适用于非稳定、非线性信号分析。文章首先使用小波分解对原信号进行预处理,以降低噪声对对象信号的影响,然后采用局域均值分解方法将处理后的信号分解为一系列的乘积函数(PF)分量。针对分解信号后所得到的乘积函数分量按照相关性筛选处理,以降低其他非目标故障特征的干扰。针对筛选出的信号进行循环平稳分析,提取分析信号的故障特征。确定齿轮箱发生故障的零件及其具体位置。经过实际齿轮箱故障数据验证表明,此方法能够实现齿轮箱故障特征提取。

关键词：齿轮箱局域均值分解循环平稳解调故障特征

基于阶比多尺度线调频小波路径追踪的滚动轴承故障诊断方法研究

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基于阶比多尺度线调频小波路径追踪的滚动轴承故障诊断方法研究

作者：徐亚军湖南大学

学位级别：硕士

滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其运行状态的好坏直接影响到整台机器的性能，对其进行状态监测与故障诊断具有重要的意义。机械设备运行过程中产生的振动信号包含了丰富的故障信息，将故障特征信息从振动信号中提取出来是机械设... 详细信息

滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其运行状态的好坏直接影响到整台机器的性能，对其进行状态监测与故障诊断具有重要的意义。机械设备运行过程中产生的振动信号包含了丰富的故障信息，将故障特征信息从振动信号中提取出来是机械设备故障诊断的关键。机械设备的故障振动信号通常为非平稳的，在变转速工况下的机械设备振动信号往往包含了更多的设备运转信息和故障信息，系统的缺陷更容易地被发现。以等时间间隔采用拾取的振动信号在转速波动工况下通常表现出非平稳性与低信噪比性，这导致目前常用的信号处理技术无法准确获取故障特征信息。本文在国家自然科学基金项目(项目编号：50875078)的资助下，针对现有信号处理方法时频聚集性不够、抗噪性能不强等特点，将阶比多尺度线调频小波路径追踪方法引入变转速工况下的滚动轴承故障诊断中。本文研究用多尺度线调频小波追踪算法自适应地准确估计变转速下的故障特征频率曲线，并依据阶比分析获取角域下的平稳信号，最后分别结合多尺度形态学解调与循环平稳解调方法诊断变转速工况下滚动轴承的故障。论文主要研究工作有(1)针对现有时频分析方法时频聚集性不够、抗噪性能不强等特点，将多尺度线调频小波路径追踪方法引入到轴承故障诊断，该方法具有较好的时频聚集性与抗噪性，非常适合诊断变转速工况下的滚动轴承故障。仿真信号分析证明了该方法的有效性与优越性。(2)针对变转速工况下的滚动轴承故障特征信息难以提取的问题，提出一种基于线调频小波路径追踪的阶比多尺度形态学解调的滚动轴承故障诊断方法。该方法先采用线调频小波路径追踪算法获得轴承的故障特征频率;再对非平稳转速下时域振动信号的包络进行等角度重采样得到角域平稳信号，并用基于信号局部峰值的方法确定多尺度形态学分析的结构元素;用各结构元素对重采样信号进行形态学操作，最后对操作结果的平均值做频谱分析，以完成阶比多尺度形态学的解调过程。线调频小波路径追踪算法能很好的提取轴承非平稳振动信号的故障特征频率，而多尺度形态学解调是对各尺度形态学分析结果的平均值进行频谱分析，能有效地抑制噪声，从而使得该方法具有很好的抗噪性能，适用于工程实际中变转速轴承振动信号的分析。仿真分析和应用实例证明了该方法的有效性和优越性。(3)将线调频小波路径追踪算法与循环平稳解调方法相结合，提出一种变转速滚动轴承的故障诊断方法。该方法首先采用线调频小波路径追踪算法获得轴承的故障特征频率;再对非平稳转速下时域振动信号的包络进行等角度采样，获得角域周期平稳信号，并获取角域信号的循环自相关函数;在特征循环阶比处对循环自相关函数进行切片，最后对切片进行解调分析得到切片解调谱，依据切片解调谱进行滚动轴承故障诊断。线调频小波路径追踪算法能准确、有效地提取轴承非平稳振动信号的故障特征频率，而循环平稳解调分析能有效提取淹没在噪声中的周期性故障特征，从而使得该方法具有很好的抗噪性能，适用于工程实际中变转速轴承振动信号的分析。仿真分析和应用实例证明了该方法的有效性和优越性。本文将阶比多尺度线调频小波路径追踪算法引入到变转速工况下的滚动轴承故障诊断中，并结合多尺度形态学解调以及循环平稳解调方法，实现了信号处理方法的优势互补，并利用阶次解调谱很好的识别了变转速工况下的滚动轴承的故障特征。仿真算例和应用实例表明，阶比多尺度线调频小波路径追踪算法在滚动轴承的故障诊断中具有良好的应用前景。

关键词：多尺度线调频小波形态学分析循环平稳解调滚动轴承故障诊断