基于模拟机匣的中介轴承微弱故障特征提取技术

中介轴承是航空发动机支承传动系统中的重要零件,其运行状态直接影响航空发动机的工作状态和运行安全。围绕航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取的问题,以振动信号分析和处理为基础,开展航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取实验。仿照某型涡扇发动机机匣结构设计加工了模拟机匣,用来模拟振动信号的复杂传递路径。基于包络谱分析和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition）包络谱分析处理振动信号,对比二者对滚动轴承微弱故障特征信号的提取效果。实验结果表明,在中介轴承微弱故障特征信号提取中,模拟机匣可以有效地模拟振动信号的复杂传递路径,EMD包络谱分析法比单一采用包络谱分析的方法能够更加明显有效地提取中介轴承微弱故障信号。     

基于改进Autogram的滚动轴承故障诊断

针对Autogram以无偏自相关峭度指标选取解调频带时易出现不准确、故障诊断困难的问题,将平方包络负熵引入Autogram中,结合平方包络负熵受噪声影响小且能衡量周期冲击成分的优点,提出一种采用平方包络负熵指标选取最优解调频带的改进Autogram方法.首先采用最大重叠离散小波包变换(MODWPT)对轴承振动信号进行频带分解,再计算每个频带信号的平方包络负熵,将平方包络负熵最大的频带作为最优解调频带,最后通过分析最优解调频带平方包络谱的频率成分来诊断轴承故障类型.将轴承故障实验信号分析结果与Autogram、快速谱峭度方法对比,结果表明,改进Autogram方法在解调频带的选取上更为合理,所提取的故障特征频率更明显,轴承故障诊断更准确.     

变速重载设备齿轮箱轴承故障的改进阶次包络分析方法

针对变速重载设备振动信号中轴承故障特征提取时易受齿轮振动干扰的问题,提出了一种融合齿轮和轴承参数信息的改进阶次包络分析方法。先利用设备转速信息,对原始振动信号进行插值重采样处理,将非平稳时域信号转化为平稳角域信号;再利用齿轮齿数和轴承故障特征系数信息,采用以齿轮啮合频率及其谐波为中心频率,以轴承最大故障特征系数的倍频为带宽的阶次域频带分割方法,计算频带能量并排序,选择能量较大的频带作为解调频带进行滤波;最后利用Hilbert解调方法对上述滤波后的信号进行阶次包络平均处理,最终实现轴承故障的识别和诊断。通过齿轮啮合动力学分析,解释了轴承故障冲击成分对齿轮频带的调制作用,实际应用结果表明:提出的方法在频带选择时融合了和故障相关的设备参数信息,所选频带的可解释性强,且综合利用了与故障相关的多段频谱结构信息,通过阶次包络平均处理进行解调谱特征融合,提高了诊断结果的鲁棒性和准确度,为变速重载设备轴承故障预测和诊断提供了一种新的方法。     

EEMD-SVD方法及其在高速列车滚动轴承故障诊断中的应用

结合聚合经验模态分解(Ensemble empirical model decomposition,EEMD)优秀的非平稳信号分解能力和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)的强去噪能力,提出了一种高速列车滚动轴承故障检测的新方法。该方法是应用EEMD对轴承轴箱位置的振动信号分解得到基本模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF),对IMF矩阵做SVD得到正交化结果,分别利用各奇异值重构信号,应用各特征信号的Hilbert包络解调处理得到的包络谱诊断轴承故障类型。利用仿真信号数据和人工伤轴承试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法能有效提取轴承的故障特征信息,特征波形清晰准确,相比传统EEMD方法,在强噪声干扰时故障特征的诊断能力得到了显著提高。     

某型涡扇发动机中介轴承微弱故障特征信号提取技术

研究航空发动机在降转速过程中中介轴承微弱故障特征信号的提取技术,提出了一种基于计算阶次分析、三次样条插值分析与包络谱分析相结合的新方法。基于滚动轴承模拟故障实验和航空发动机中介轴承微弱故障实验测得的降速工况下的转速信号和振动信号,首先对转速信号在时域内积分获得角位移-时间信号;再对该信号进行线性插值获得等角度间隔的角位移-时间信号;然后利用该时间序列对振动信号进行三次样条差值获得等角度间隔分布的重采样振动信号;最后对重采样振动信号进行包络分析及快速傅里叶变换获得阶次包络谱。通过两种实验分析表明该方法能有效提取出复杂路径下航空发动机中介轴承微弱故障特征信息。该方法为航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取提供了一种重要手段,具有广泛的应用前景。     

基于非局部均值去噪和快速谱相关的滚动轴承早期故障诊断方法

针对如何从非线性、多分量、强背景噪声的滚动轴承早期故障振动信号中有效提取出微弱故障特征并准确判断故障类型,提出基于非局部均值去噪和快速谱相关的故障诊断方法。首先利用非局部均值去噪算法对原始振动信号进行降噪预处理,提高信号信噪比。然后,对降噪信号进行快速谱相关分析,增强信号中的周期成分,获得快速谱相关谱及其对应的增强包络谱。最后,将增强包络谱中幅值突出的频率成分与故障特征频率进行对比,判定故障类型并实现故障诊断。使用本文提出方法对仿真故障信号、实验故障信号进行分析。研究结果表明:相较于快速谱相关方法、谱峭度结合非局部均值去噪方法以及非局部均值去噪结合经验模态分解方法,本文提出方法可以抑制轴承早期故障振动信号中的背景噪声,有效提取出微弱故障特征,准确判断故障类型,避免出现误诊。     

故障字典在轴承故障诊断中的应用研究

滚动轴承信号为典型的非平稳信号,具有很宽的频带,用复值谱和包络分析难以获得故障特征。针对这种情况,本文应用自组织映射对轴承故障进行了诊断,同时建立了轴承故障字典,该方法能够准确的诊断出轴承故障,为工程师提供更好的故障诊断辅助工具。     

基于Hilbert变换的滚动轴承内环和外环故障诊断

针对滚动轴承的外环和内环发生故障时轴承产生的振动信号具有调制的特点,提出基于Hilbert变换的滚动轴承内、外环故障诊断方法,介绍基于Hilbert变换的调制信号解调过程:运用Hilbert变换对滚动轴承的振动信号进行包络解调,实现载波和调制波的分离.通过对调制波进行频谱分析实现滚动轴承内、外环故障的诊断,对具有内环故障和外环故障的滚动轴承进行故障诊断仿真.仿真结果表明:基于Hilbert变换的包络解调技术能有效提取调制信号中的包络信号,对包络信号进行频谱分析后可以实现滚动轴承内、外环故障的诊断;诊断结果与实际故障相吻合,基于Hilbert变换的包络解调技术可应用于滚动轴承内、外环故障的诊断.     

基于集成固有时间尺度分解和谱峭度的滚动轴承故障检测

针对固有时间尺度分解(ITD)方法中固有旋转分量存在局部波动的问题,提出一种集成固有时间尺度分解,将其结合谱峭度法,提高轴承故障检测的准确度。首先运用3次样条插值拟合基线控制点,实现振动信号的自适应频带划分,获得若干个固有旋转分量;然后根据K-L散度准则选取真实分量进行信号重构,使用谱峭度法确定带通滤波器的最优参数;最后分析滤波处理结果的包络谱,得到振动信号的特征信息。研究结果表明:与经验模式分解和单纯包络谱分析方法相比,采用集成固有时间尺度分解和谱峭度的包络方法(EITD-SK)能更好地提取滚动轴承故障特征信息,实现轴承故障的准确检测,结果与实际相符。     

高密度小波变换在滚动轴承复合故障诊断中的应用

针对目前滚动轴承中多种微弱故障难以准确识别的难题,提出基于高密度离散小波变换和包络谱的滚动轴承复合故障诊断方法.首先对采集的轴承振动信号进行高密度离散小波变换;然后对各尺度上的小波系数和尺度系数进行单子带重构,以消除频率混叠的影响;最后对各子带信号分量进行包络谱分析,并通过滚动轴承各典型故障的特征频率,识别滚动轴承存在的各种故障.将所提方法应用于具有复合故障的滚动轴承的诊断,并与其他常用的诊断方法进行对比,结果表明该方法能有效地实现滚动轴承早期复合故障诊断.     

11／2维谱分析在滚动轴承故障诊断中的应用

采用１１／２维谱分析方法,提取滚动轴承振动信号中由于二次相位耦合产生的非线性特征,定量描述轴承故障,实验结果表明,这种方法可以有效地诊断滚动轴承故障,且对初期故障很敏感。     

基于高阶谱和Tamura纹理的滚动轴承故障诊断

为了提高滚动轴承的故障诊断率,提出了一种基于高阶谱(high order spectrum, HOS)和Tamura纹理特征相结合的故障诊断方法。首先,通过高阶谱方法将滚动轴承故障振动信号的冲击提取出来;然后,对高阶谱进行处理得到二维等高线图;最后依据轴承故障相同时等高线图具有相似性以及不同时具有差异性这一特性,采用基于人类视觉感知的Tamura纹理描述方法提取特征参数后输入到多分类支持向量机(support vector machines, SVM)中进行分类。结果表明：高阶谱结合Tamura纹理特征的滚动轴承故障诊断方法在较少特征参数下故障识别准确率能达到较高的精度,对于故障尺寸不同的混合振动信号识别准确率稳定,诊断效果良好。     

单列向心球轴承引发的非线性振动分析

根据滚珠轴承结构特点,研究单列向心球轴承转子系统运行过程中由轴承支承刚度变化引起的参数振动,并分析由轴承制造误差和安装误差造成的一系列强迫振动,总结系统中轴承引起的各类非线性振动的振动频率成分,最后在120MD60Y6型号电主轴上进行振动测试,对振动信号进行滤波提纯和频谱分析,结果表明:在低速条件下,单列向心球轴承引发的各种振动频率成分所占比重较大,其幅值随着转速的增加发生细微变化,但其幅值比重急剧下降。     

沉没辊装置液固耦合数值模拟及振动实验

针对热镀锌线沉没辊装置出现剧烈振动的问题,基于湿模态的结构非完全液固耦合方法,数值模拟了装置在锌液中的振动模态,分析各阶振型及固有频率,并进行现场振动实验.锌液中沉没辊的局部振型改变轴承的装配关系,而在实测信号的时域波形中出现削波现象,表明锌液中滑动轴承存在碰摩;幅值谱中波峰对应的频率为45.05 Hz,与湿模态的第4阶固有频率接近且振型相似,表明实验中的装置主要以第4阶固有振动为主;液固耦合的非线性振动引起倍频振动;锌液流场的持续作用是导致幅值谱中波峰两侧出现边频带的主要原因.理论及数值分析与实验研究有显著的关联性,结构非完全液固耦合方法能有效应用于工程实践.     

基于Lipschitz指数熵的轴承故障检测方法

针对利用小波奇异点进行故障检测无法克服噪声影响的不足,提出采用Lipschitz指数熵作为特征进行故障检测.该方法以信号在小波域上分解形成的Lipschitz指数谱向量的熵值作为故障的诊断特征,建立了基于Lipschitz指数熵的故障检测模型,并提出了基于粒子群优化的特征阈值选择方法.将该方法同基于小波能量谱、小波包能量谱熵特征和小波奇异点检测的方法进行比较,实验结果表明采用Lipschitz指数熵作为特征都能有效克服噪声影响,在检测时间及检测率上较另外3种方法有显著提高.     

基于DTFT的共振解调技术及其在滚动轴承故障诊断中的应用

把离散时间傅立叶变换用于共振解调技术中共振解调信号的谱分析,利用信号的离散时间傅立叶变换可以得到任意高频率分辨率的谱线图,而不受采样点数的限制.对滚动轴承在外圈剥离、内圈剥离两种故障状态下的振动信号的分析表明,与基于FFT的共振解调技术相比,这种方法可以更有效、更准确地诊断出滚动轴承的故障部位.     

泥浆泵轴承的故障诊断

为了掌握泥浆泵工作状态,测取3NB1300C泥浆泵正常工况和一些故障工况下动力端轴承的振动信号,对其进行共振解调处理后,进一步对所得的时域信号进行频域分析,得到了有价值的检测部件振动规律、一般特征以及故障特征,可用于泥浆泵的故障诊断.     

基于TVAR-HMM的滚动轴承故障诊断

针对工况条件下轴承故障振动信号的非平稳特性,分析时变自回归与隐马尔科夫模型的特点,提出了一种基于时变自回归和隐马尔科夫模型的滚动轴承故障诊断方法.振动信号经时变自回归建模后,得到时频分辨率较高、无交叉干扰项的时频谱,基于能量法对时频谱进行特征提取,然后利用隐马尔科夫模型对故障特征统计分类,实现对轴承故障的诊断.轴承信号分析表明,TVAR建模可以有效地提取信号中的故障特征,结合隐马尔科夫模型的动态统计特性可智能识别轴承故障类型,得到良好的诊断效果.     

高阶时频分布在滚动轴承故障诊断中的应用研究

滚动轴承故障信号是非高斯、非线性、非平稳信号,由于调制性,使用幅值谱分析方法无法找到轴承故障频率。将高阶时频分布——主要是Wigner双谱分析方法应用于滚动轴承的故障诊断,计算滚动轴承振动信号的高阶时频分布,并对其沿时间轴切片,分析了切片的幅值谱。针对不同故障轴承,对其振动信号幅值谱、高阶时频分布及其切片谱的对比分析表明,高阶时频及其切片谱性能优于幅值谱。