基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法研究
基于MOBWO-MCKD的风机滚动轴承故障特征提取方法
基于MOBWO-MCKD的风机滚动轴承故障特征提取方法霍忠堂;高建松;张丁丁【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】针对风力发电机轴承振动信号受强背景噪声及其他设备激励源影响,导致早期微弱故障特征不易提取这一问题,提出了一种基于多目标白鲸优化算法(MOBWO)优化的最大相关峰度反卷积(MCKD)风力发电机轴承故障特征提取方法。
首先,采用MOBWO强大的全局及局部搜索能力优化了MCKD关键参数,获取了最佳参数组合;其次,利用优化后的MCKD对原始信号进行了解卷积运算,消除了背景噪声及其他设备激励源的影响,突出了轴承周期性脉冲信号;然后对解卷积信号进行了包络谱分析,提取了轴承故障特征频率,并将其与理论计算故障特征频率值进行了诊断结果对比;最后,采用实际工程中采集到的风力发电机轴承内圈和外圈的故障数据,对MOBWO-MCKD方法的有效性进行了试验验证。
研究结果表明:基于MOBWO-MCKD的故障特征提取方法能够有效地消除背景噪声及其他设备激励源的干扰;由内圈信号包络谱可得到的内圈故障频率为f IR=125.87 Hz、2fIR=251.74 Hz;由外圈信号包络谱可得到的外圈故障频率为f OR=84.47 Hz、2f OR=168.94 Hz、3f OR=253.41 Hz。
该特征提取方法可以为实际工程风力发电机轴承早期微弱故障特征提取研究提供一定的参考。
【总页数】7页(P123-129)【作者】霍忠堂;高建松;张丁丁【作者单位】邯郸学院机电学院【正文语种】中文【中图分类】TH133.33【相关文献】1.基于VMD和奇异值能量差分谱的风机滚动轴承故障特征提取方法2.一种基于改进VMD和UMAP的滚动轴承故障特征提取方法3.基于静电监测和稀疏表示的滚动轴承故障特征提取方法研究4.基于多惩罚因子优化VMD的滚动轴承故障特征提取方法5.基于IVMD算法的动车组滚动轴承故障特征提取方法研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
《2024年基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究》范文
《基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能化水平的不断提高,机械设备的故障诊断与维护成为工业生产中不可或缺的环节。
机械故障的早期发现与诊断对于保障生产安全、提高设备运行效率具有重要意义。
传统的机械故障诊断方法大多依赖于专业人员的经验和对设备的了解,但随着设备复杂性和系统化程度的增加,单纯依赖经验的方法已经难以满足实际需求。
因此,研究基于振动信号的机械故障特征提取与诊断技术成为了一个重要课题。
二、振动信号与机械故障关系概述振动信号是反映机械设备运行状态的重要参数之一。
机械设备在运行过程中,由于各种原因如部件磨损、松动、断裂等会产生异常振动,这些异常振动信号中包含了丰富的故障信息。
通过对振动信号的采集、分析和处理,可以提取出反映机械故障的特征信息,为故障诊断提供依据。
三、振动信号的采集与预处理1. 振动信号采集:通过安装在机械设备上的传感器,实时采集设备的振动信号。
传感器的选择应根据设备的类型、工作环境和诊断需求来确定。
2. 预处理:采集到的振动信号往往包含噪声和其他干扰信息,需要进行预处理以提高信号的信噪比。
常用的预处理方法包括滤波、去噪和归一化等。
四、基于振动信号的机械故障特征提取1. 时域分析:通过时域分析方法,如均方根值、峰值、峭度等指标,提取出反映机械故障的特征参数。
2. 频域分析:通过频域分析方法,如频谱分析、功率谱分析等,提取出与机械故障相关的频率成分和能量分布特征。
3. 智能算法:利用智能算法如神经网络、支持向量机等对振动信号进行学习和训练,自动提取出反映机械故障的特征。
五、机械故障诊断方法研究1. 模式识别:将提取出的特征参数输入到模式识别系统,通过训练和分类实现故障诊断。
2. 专家系统:结合专业知识库和推理机制,构建专家系统进行故障诊断。
3. 多源信息融合:将振动信号与其他传感器获取的信息进行融合,提高诊断的准确性和可靠性。
六、实例应用与分析以某机械设备为例,采用基于振动信号的故障特征提取与诊断方法进行实际应用。
滚动轴承故障的智能诊断方法研究
• 26•针对滚动轴承故障声发射信号的智能识别与诊断问题,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networ ks ,CNN )智能化故障诊断方法。
该方法充分利用声发射信号参数中包含的时域和频域特征信息,构建CNN 模型充分挖掘出滚动轴承处于不同运行状态下的声发射信号特征,并给出故障诊断结果。
实验结果表明,CNN 模型方法对滚动轴承正常、外圈及内圈故障识别准确率可达97.2%以上,证明了该方法的准确性和实际工程价值。
1.引言旋转机械被广泛的应用在生产制造中,滚动轴承是旋转机械的重要组成部件,同时也是最容易损坏与失效的机械零件之一(喻洋洋,周凤星,严保康,基于LabVIEW 的滚动轴承故障诊断系统:仪表技术与传感器,2016)。
声发射检测技术是一种动态无损检测方能诊断学与工程学法,可实现缺陷萌生及扩展过程的在线检测。
将声发射检测技术应用于滚动轴承故障的诊断任务中,不仅可以检测出早期微弱故障及故障类型(郝如江,卢文秀,褚福嘉,等.声发射检测技术用于滚动轴承故障诊断的研究综述:振动与冲击,2008),还可以判断出故障损伤程度。
目前基于声发射检测技术的旋转机械设备故障诊断分析技术,如参数分析、波形分析等方法已经无法满足当前旋转机械连续生产工作中的故障监测任务(沈功田,耿荣生,刘时风,声发射信号的参数分析方法:无损检测,2002)。
赵元喜等人(赵元喜,胥永刚,高立新,等.基于谐波小波包和BP 神经网络的滚动轴承声发射故障模式识别技术:振动与冲击,2010)采用谐波小波包将故障滚动轴承的声发射信号分解到多个频率段并求取各频段的能量,作为特征向量输入BP 神经网络,通过BP 网络模型判别滚动轴承的故障类型。
杨杰等(杨杰,张鹏林,刘志涛,等.基于CEEMD 能量熵与SVM 的低速轴承故障声发射诊断:无损检测,2017)提出了一种采用CEEMD 能量熵提取特征后再利用支持向量机神经网络进行诊断的方法。
滚动轴承振动信号特性分析
西南交通大学本科毕业设计(论文)滚动轴承振动信号特性分析年级:2010级学号:**********:***专业:机械制造工艺及其设备****:***2014年 6月院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化(机械制造)年级 2010级姓名刘元是题目滚动轴承振动信号特性分析指导教师评语指导教师 (签章) 评阅人评语评阅人 (签章) 成绩答辩委员会主任 (签章)年月日毕业设计(论文)任务书班级 2010机制1班学生姓名刘元是学号 20107151 发题日期:2014年 2月 24日完成日期: 6月 20日题目滚动轴承振动信号特性分析1、本论文的目的、意义:滚动轴承的优点众多,因此滚动轴承在工程实践中得到充分的应用。
但是滚动轴承有时的工作条件十分恶劣并且在机械设备中承载载荷、传递载荷。
滚动轴承损坏尤其是突然损坏不仅会导致机械设备的故障失效,甚至可能造成更为严重或许是灾难性的事故。
本论文主要针对滚动轴承振动信号进行研究,在对滚动轴承结构有一定了解的基础上,重点研究滚动轴承振动信号特点,并基于滚动轴承振动实测信号进行分析验证,掌握常见的信号谱分析方法,并尝试对滚动轴承零件故障进行分析。
2、学生应完成的任务(1)基于滚动轴承振动信号进行常见分析的分析方法,如时域分析、FFT分析、功率谱分析研究所实测振动信号,并得出相应结论。
(2)利用小波或其它信号分析方法研究所实测振动信号,并得出相应结论。
(3)利用MATLAB编制信号分析GUI,实现计算信号特征参数及实现简单的信号分析功能。
(4)完成毕业论文。
3、论文各部分内容及时间分配:(共 16 周)第一部分了解滚动轴承的功能、构成 (2周) 第二部分了解滚动轴承常见的失效形式(2周) 第三部分基于实测滚动轴承振动信号利用功率谱等方法分析其特性 (4周) 第四部分利用典型时频分析方法分析滚动轴承振动信号特性并编GUI(6周) 第五部分论文撰写(2周) 评阅及答辩(2周)备注(1)CNKI关于滚动轴承故障分析的论文.(2)功率谱分析、小波分析、希尔伯特-黄变换有关书籍(3)matlab编程方面的书籍指导教师:年月日审批人:年月日摘要滚动轴承在工程实践中得到了充分的应用,但是滚动轴承却十分容易损坏。
滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法
滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法目录一、内容综述 (2)二、滚动轴承振动信号分析 (3)1. 滚动轴承工作原理及结构特点 (4)2. 振动信号产生机制 (5)3. 振动信号采集与处理 (6)三、齿轮振动信号分析 (7)1. 齿轮工作原理及故障类型 (8)2. 振动信号特征提取 (10)3. 齿轮故障识别与诊断 (11)四、滚动轴承与齿轮振动信号分析方法 (12)1. 时域分析 (13)2. 频域分析 (14)3. 时频域联合分析 (16)五、故障诊断方法 (17)1. 基于振动信号特征的故障诊断 (18)2. 基于模型的故障诊断 (20)3. 基于智能算法的故障诊断 (21)六、实验与应用实例 (22)1. 实验设计 (24)2. 实验结果与分析 (25)3. 应用实例介绍 (26)七、结论与展望 (28)1. 研究结论 (29)2. 展望未来发展趋势 (29)一、内容综述本文档旨在全面阐述滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法的研究现状、发展趋势及其重要性。
随着工业领域的快速发展,滚动轴承和齿轮作为机械设备中的关键部件,其运行状态的正常与否直接关系到整个系统的稳定性和效率。
针对滚动轴承和齿轮的振动信号分析以及故障诊断方法的研究具有极其重要的实际意义。
滚动轴承和齿轮的故障诊断主要依赖于振动信号分析,通过对振动信号的特征提取和模式识别,实现对设备状态的实时监测和故障诊断。
随着信号处理技术和人工智能技术的不断进步,滚动轴承和齿轮振动信号分析的方法日趋成熟,为设备的故障诊断提供了有力的技术支持。
本文首先概述了滚动轴承和齿轮的基本结构、工作原理及其在机械设备中的重要地位。
然后重点介绍了振动信号分析的基本原理和方法,包括信号采集、特征提取、模式识别等关键环节。
接着详细阐述了基于振动信号的故障诊断方法,包括传统方法如频谱分析、包络分析等,以及近年来新兴的基于机器学习和深度学习的诊断方法。
对滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法的未来发展趋势进行了展望。
基于振动信号的电机轴承故障诊断方法的相关探索
基于振动信号的电机轴承故障诊断方法的相关探索摘要:近年来,随着我国科技的进步,我国机电设备处理技术越来越先进。
电机是现代工业制造中的一项重要驱动设备,这类设备往往组成零件较多,如轴承为电机系统的核心构成部件,其主要作用是减少机械部件之间的消耗摩擦,具有较高的标准性和精度性,使用十分方便。
但轴承属于一种连接部件,一方面来说需要对结构进行支撑,另一方面也会受到机械应力和机械磨损的影响,所以轴承在应用过程中十分容易出现形变或腐蚀,影响轴承的应用,导致其出现故障。
关键词:振动信号;电机轴承;故障诊断;探索方案引言设备状态监测与故障诊断在现代化设备管理与维修中占有重要的地位,也是预防维修的必要条件,其主要技术手段包括振动频谱分析、光谱分析、热成像、声发射、电气信号分析等。
为了满足设备精细化管理需求,防止设备突发故障,提高设备运行可靠性,真正实现由预防性维护向预测性维护转型,最终实现设备故障根源性分析研究的管理模式,设备状态监测与故障诊断技术出现从单一技术分析向多技术融合的趋势发展。
多技术融合的诊断方法对复杂故障诊断提供了多视角的诊断分析,各诊断技术之间形成了相辅相成、互为补充的格局,从而实现降低设备故障率,提高设备综合经济效益的目的。
1基于振动信号下的电机轴承诊断概述振动检测法是一种电机轴承故障中应用最为广泛的主流诊断方案,其主要是对振动信号进行获取并通过振动信号的频率对电机的运行状况进行判断。
首先来说振动信号在获取过程中较为方便,并且振动信号所需要应用的传感器获取价格低廉,具有较高的敏感度,这对于大多数工厂的批量生产来说都有十分重要的意义,能够在有效提高诊断准确率的同时降低生产成本。
而在应用振动信号对电机运行状况进行检查时,振动信号受外界因素影响的状况较低,具有较高的诊断准确性。
相关研究显示,轴承的运行状态与故障诊断中,应用轴承法能够对症状进行明确的同时,避免对轴承的运行造成影响,其价格低廉也获得了较多厂商的信赖。
铁路货车滚动轴承故障诊断方法研究
铁路货车滚动轴承故障诊断方法研究铁路货车作为重要的铁路运输工具,其安全运行对于货运行业的发展至关重要。
而滚动轴承作为货车的重要部件之一,其状态对货车运行的安全性和经济性有着重要的影响。
对铁路货车滚动轴承的故障诊断方法进行研究,对于提高货车的安全性和可靠性具有重要的意义。
本文将介绍铁路货车滚动轴承故障诊断方法的研究。
2. 滚动轴承的故障诊断方法滚动轴承的故障诊断方法主要包括振动诊断、声音诊断、温度诊断、润滑油诊断等多种方法。
这些方法可以单独使用,也可以相互综合使用,以提高故障诊断的准确性和可靠性。
2.1 振动诊断振动诊断是一种常用的滚动轴承故障诊断方法,通过对轴承振动信号的分析,可以判断轴承的运行状态。
振动诊断主要包括轴承振动加速度、速度和位移的测量和分析。
通过对振动信号的频谱分析、波形分析等手段,可以判断轴承的故障类型和严重程度。
2.2 声音诊断声音诊断是一种通过对轴承工作时产生的声音进行分析,来判断轴承状态的方法。
轴承在工作时会产生一定的声音,当轴承出现故障时,其工作时产生的声音会发生变化。
通过对轴承工作时的声音进行分析,可以判断轴承的故障类型和严重程度。
2.4 润滑油诊断润滑油诊断是一种通过对轴承润滑油的监测和分析,来判断轴承状态的方法。
轴承故障时会产生金属颗粒和磨损粉末,这些颗粒和粉末会污染润滑油。
通过对轴承润滑油中的金属颗粒和磨损粉末进行分析,可以判断轴承的故障类型和严重程度。
3.1 综合诊断方法的优势综合诊断方法可以克服单一故障诊断方法的局限性,对轴承的故障进行全面、准确的诊断。
通过多个参数的综合分析,可以提高故障诊断的准确性和可靠性,为轴承的维护和保养提供科学依据。
3.2 综合诊断方法的实现综合诊断方法的实现需要通过先进的监测设备和分析技术。
目前,市场上已经有多种先进的轴承故障监测设备,可以对振动、声音、温度和润滑油等多个参数进行监测和分析,实现轴承的综合诊断。
4. 结论铁路货车滚动轴承的故障诊断对于提高货车的运行安全性和经济性具有重要的意义。
滚动轴承故障诊断研究的国内现状与发展方向
滚动轴承故障诊断研究的国内现状与发展方向一、内容综述随着我国工业生产的不断发展,滚动轴承在各个领域得到了广泛的应用。
然而由于长期使用、磨损、过热等原因,滚动轴承故障问题也日益严重,给企业的生产带来了很大的困扰。
因此对滚动轴承故障诊断技术的研究显得尤为重要。
尽管如此我国在滚动轴承故障诊断方面的研究还存在一些不足之处。
首先理论研究相对较少,很多故障诊断方法和技巧还需要进一步验证和完善;其次,现场检测设备和技术水平有待提高,导致很多故障无法得到及时、准确的诊断;缺乏对滚动轴承故障诊断技术的广泛推广和应用,使得许多企业和用户仍然依赖于国外先进的诊断设备和技术。
面对这些挑战,我国滚动轴承故障诊断领域的研究者们正积极探索新的研究方向和发展模式。
一方面加强基础理论研究,提高滚动轴承故障诊断的准确性和可靠性;另一方面,加大对现场检测设备的研发力度,降低故障诊断的成本和难度;此外,还要加强国内外交流与合作,推动滚动轴承故障诊断技术的普及和应用。
相信在我国科研人员的不懈努力下,滚动轴承故障诊断技术将会取得更加丰硕的成果。
1. 研究背景和意义随着我国经济的快速发展,各行各业对机械设备的需求越来越大,而滚动轴承作为机械设备中的重要部件,其性能直接影响到设备的稳定性和使用寿命。
然而近年来我国滚动轴承故障诊断技术的研究和应用水平相对较低,导致很多企业在设备运行过程中出现了大量滚动轴承故障,给企业带来了巨大的经济损失。
因此深入研究滚动轴承故障诊断技术,提高我国滚动轴承故障诊断技术的研究和应用水平,具有重要的现实意义和紧迫性。
首先滚动轴承故障诊断技术的研究和应用可以有效地降低企业的维修成本。
通过对滚动轴承故障的及时、准确地诊断,可以避免因故障导致的设备停机、生产中断等严重后果,从而降低企业的维修成本。
同时滚动轴承故障诊断技术的提高还可以延长设备的使用寿命,进一步降低企业的维修成本。
其次滚动轴承故障诊断技术的研究和应用可以提高企业的安全生产水平。
滚动轴承振动信号处理及特征提取方法研究共3篇
滚动轴承振动信号处理及特征提取方法研究共3篇滚动轴承振动信号处理及特征提取方法研究1滚动轴承振动信号处理及特征提取方法研究随着工业自动化的推进和智能化的发展,机械设备的使用率越来越高,滚动轴承作为最常用的机械元件之一,其使用寿命的长短直接关系到整个机械设备的寿命。
如果能够在使用前预测轴承故障的发生,及时进行维护,就可以极大地提高设备的可靠性和使用寿命。
因此,如何对滚动轴承进行振动信号处理及特征提取成为了机械故障预测领域的热门研究方向。
滚动轴承的振动信号可以通过加速度、速度、位移等参数来表征。
振动信号处理的基本内容包括数据采集、滤波、去噪、分析和特征提取等步骤。
数据采集是为了获取原始振动信号,通常使用加速度传感器将振动信号转换成电信号采集下来。
然后对采集到的振动信号进行滤波和去噪处理来消除环境噪声和其他信号干扰,以便于分析和提取轴承特征信息。
在分析振动信号时,需要从几个方面入手。
首先是时域分析,通过对振动信号的时间序列进行统计分析,可以得到均值、方差、峰值、波形等信息。
其次是频域分析,可以将时域信号转化为频域信号来分析频率分布特征。
最后是时频域分析,可以将振动信号拆分成多个小时间段,然后在每个时间段内进行频域分析,进一步揭示振动信号的时变特性。
特征提取是对振动信号分析的最核心步骤。
特征提取旨在从振动信号中提取出对轴承状态诊断有意义的特征量,以实现机械设备健康状态的检测和故障诊断。
目前常用的特征量包括时域特征、频域特征、时频域特征等。
时域特征包括均值、方差、峰值、脉冲因子、裕度因子等;频域特征包括能量、均值频率、频率幅值、谱峰等;时频域特征包括小波包能量特征、小波包熵特征与小波包谱能量特征等。
总之,滚动轴承的振动信号处理及特征提取是机械预测维护的重要内容,其研究对于提高机械设备的可靠性和使用寿命具有重要的意义。
未来,随着新技术的不断引入和发展,机械故障诊断和维护模式也将不断升级,从而为滚动轴承振动信号处理及特征提取的研究提供更加广泛和多样化的应用场景滚动轴承是工业生产中不可或缺的机械零件,但其长期运行可能会受到各种因素的干扰而导致故障,因此开展振动信号处理及特征提取研究对于机械设备的预测维护具有重要的意义。
滚动轴承振动相图的特征提取及在故障诊断中的应用
中 图分 类号 : H133 T 3 .3 文 献标 志 码 : B 文 章 编 号 :0 0— 72 2 1 )2—03 0 10 3 6 (0 0 1 0 4— 4
! Q 二 曼 Z
CN41— 11 8/TH 4
Bea n 01 No 2 i r g 2 0, .1
轴承
2 1 年 1 期 00 2
3 —3 4 7
滚动轴承振动相图的特征提取及在故障诊断中的应用
肖 强, 李学仁 , 杜
( 军 工程 大 学 工 程 学 院 , 安 空 西
Ab t a t n t e ̄e u n y s e t m n lss—b s d rl n e r g fu tda n s ,t e e a e df c l e n fu t e - sr c :I h q e c p cr u a ay i a e ol g b a n l ig o i h r r i ut s i a l r c i i a s i i o n t n d e t os sa d c a a trsi e u n y s p r o i o .Ai n t h s rb e ,a n w rl n e r gf u t g i o u o n ie n h r c e i c ̄ q e c u ep s in i t t mig a e e p o lms e o l g b a n a l t i i da o i meh d i p o o e a e n vb ain p a e d a rm i i lr y B h o ei al n lzn h a s s fr ig ss n t o s r p s d b s d o i rt h s i g a d s mi i . y t e r t l y a ay ig te c u e o o s at c
滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法
滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法目录一、内容简述 (2)1. 相对介绍 (3)2. 重要性和研究背景 (4)3. 文档结构 (6)二、滚动轴承和齿轮的工作原理 (7)1. 滚动轴承结构与工作原理 (8)2. 齿轮结构与工作原理 (10)三、振动信号分析方法 (11)1. 时域分析 (13)1.1 振幅分析 (14)1.2 相位分析 (15)1.3 autocorrelation函数分析 (16)1.4 其他时域分析方法 (18)2. 频域分析 (20)3. 统计特性分析 (21)四、滚动轴承和齿轮的常见故障类型及其特征 (22)1. 滚动轴承故障 (24)1.1 轴承滚动体磨损 (25)1.2 轴承内圈/外圈损坏 (27)1.3 轴承滚道损伤 (28)2. 齿轮故障 (29)五、滚动轴承和齿轮故障诊断方法 (30)1. 基于时域分析的故障诊断方法 (31)2. 基于频域分析的故障诊断方法 (33)2.1 特点峰值识别 (34)2.2 基于经验模态分解 (35)3. 基于机器学习的故障诊断方法 (37)3.1 支持向量机 (38)3.2 神经网络 (NN) (40)3.3 其他机器学习算法 (41)六、实验验证与案例分析 (43)1. 实验平台搭建 (44)2. 仿真数据分析 (45)3. 实际工程案例分析 (46)七、结论与展望 (48)1. 研究成果总结 (49)2. 未来研究方向 (50)一、内容简述本文档旨在系统化介绍滚动轴承和齿轮振动信号的分析方法及其在故障诊断中的应用。
通过对这些关键机械组件的基础振动行为进行分析,我们旨在开发高效准确的诊断工具,用以预测和识别潜在的机械故障。
文档分为几个主要部分:引言本部分阐述了滚动轴承和齿轮在机械系统中的重要性,以及振动分析和故障诊断在维护实践中的作用。
我们还强调了目前的研究趋势和技术挑战。
滚动轴承振动理论在这一章节,我们将详细讨论滚动轴承的振动特性,包括基础振动模型、不同类型的滚动轴承及其振动行为,以及振动信号的物理意义。
基于ssae-svm的滚动轴承故障诊断方法研究
基于ssae-svm的滚动轴承故障诊断方法研究基于SSAE-SVM(Sparse Subspace Autoencoder-Support Vector Machine)的滚动轴承故障诊断方法是一种结合了稀疏子空间自编码器(SSAE)和支持向量机(SVM)的故障诊断技术。
该方法旨在通过对滚动轴承振动信号进行特征提取和分类,实现对轴承故障的准确诊断。
下面是基于SSAE-SVM的滚动轴承故障诊断方法的一般研究步骤:1. 数据采集和预处理:使用合适的传感器采集滚动轴承的振动信号,并进行预处理,如去除噪声、滤波和降采样等。
2. 特征提取:使用稀疏子空间自编码器(SSAE)对预处理后的振动信号进行特征提取。
SSAE 是一种无监督学习方法,可以自动学习数据中的潜在特征表示。
它通过逐层训练多个稀疏自编码器来构建一个深度神经网络,从而实现高效的特征提取。
3. 特征选择和降维:根据所提取的特征,使用适当的特征选择和降维方法,如主成分分析(PCA)或线性判别分析(LDA),选择最具有区分性和信息丰富度的特征。
4. 故障分类:使用支持向量机(SVM)或其他分类器对选定的特征进行训练和分类。
SVM 是一种监督学习方法,能够有效地进行二分类和多分类任务。
在训练阶段,使用已标记的故障数据和正常数据对SVM进行训练;在分类阶段,对新的未知样本进行分类,以判断轴承是否存在故障。
5. 性能评估:对所建立的故障诊断模型进行性能评估。
常用的评估指标包括准确率、召回率、精确度和F1分数等。
通过与实际故障数据进行比对和验证,评估方法的有效性和可靠性。
需要注意的是,实施基于SSAE-SVM的滚动轴承故障诊断方法需要适当的数据集和专业的机器学习知识。
此外,还应考虑诊断模型的泛化能力和实际应用的可行性。
因此,在具体研究中,还需要针对具体的滚动轴承故障场景和实际需求进行进一步的优化和改进。
基于振动信号的滚动轴承故障诊断与预测.
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
信号提取处理
去噪和降噪是机械振动研究领域的一项重要课题,现实情况下所采集到 的振动信号都不可避免的掺杂了噪声,受到噪声的干扰,有些情况下甚 至原始真实信号湮没于强大的噪声中,造成信息提取的困难,影响到后 期故障诊断分析。因此,机械设备状态监测和故障诊断过程中,一般要 对测得的振动信号进行前期处理以滤除噪声或降低噪声的强度、减小其 干扰,使信号尽可能接近目标监测对象的真实振动,便于提取真实信号 的特征值用于故障诊断。
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
滚动轴承的故障诊断方法
滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法分为简易诊断和精密 诊断两种: 简易诊断:的目的是初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是 否出现了故障;精密诊断的目的是要判断在简易诊断中被认 为是出现故障轴承的故障类别及原因。由于滚动轴承自身的 特点,一旦损坏,普通维修很难修复,大多采用更换的维修 方式进行处理; 精密诊断:主要作用是理论研究和在特殊场合(例如无配件 的情况下)判定设备能够坚持运行的时间。提高设备的使用 效率。所以一般情况我们采用轴承简易诊断方法就可以满足 日常设备维护的需要。因此下面我重点介绍轴承的简易诊断 法。
滚动轴承振动机理与特征频率分析
滚动轴承振动原理图
机械工程学院
明德 砺志 博学 笃行
滚动轴承特征频率分析
为分析轴承各部分的运动参数,做如下假设: (l)滚道与滚动体之间无相对滑动; (2)承受径向、轴向载荷时各部分无变形; (3)内圈滚道回转频率为 fi; (4)外圈滚道回转频率为 fo; (5)保持架回转频率,即滚动体公转频率,为 fc。 根据速度v=2πrf,分别得到轴承内外圈及保持架上 的速度。 Vi,Vo,Vc.
基于Morlet小波变换的滚动轴承早期故障特征提取研究
中图 分 类 号 : T H 1 6 5 . 3 T N 9 1 1 . 2 文 献标 识 码 : A 国 家标 准 学 科分 类代 码 : 5 1 0 . 4 0
Re s e a r c h o n f e a t u r e e x t r a c t i o n o f r o l l i ng b e a r i n g i nc i p i e n t f a u l t
ba s e d o n Mo r l e t wa v e l e t t r a ns f o r m
Abs t r a c t : Ai mi ng a t t h e p r o b l e m t ha t a t e a r l y s t a g e o f b e a r i n g f a u l t , t h e f e a t u r e c o mpo n e n t s o f t h e o r i g i n a l v i b r a t i o n d a t a a r e e a s y t o b e s u b me r g e d i n n o i s e s i g n a l a nd c a n n o t b e d e t e c t e d i n t i me . Ac c o r d i n g t o t h e d e - n o i s i n g p r i n c i pl e o f Mo r l e t wa v e l e t t r a n s f o r m, a me t ho d i s p r e s e n t e d, wh i c h d e t e r mi n e s t h e o p t i ma l s c a l e p a r a me t e r b a s e d o n s c a l e r e — l a t e d p o we r d i s t r i b u t i o n, S O t h a t t h e s i g n a l i s il f t e r e d u n de r t h i s s c a l e a n d t h e i mp a c t f e a t u r e c o mp o n e n t s a r e e x t r a c ・ t e d. T he ma i n il f t e r i n g p r o c e d u r e s i n c l ud e: t h e mi ni mum S h a n n o n e n t r o p y i s us e d t o o p t i mi z e t h e Mo r l e t wa v e s h a p e f a c t o r , t h e b e s t ma t c h b e t we e n mo t h e r wa v e l e t a n d s i g n a l f a u l t f e a t u r e i s r e a l i z e d; t he s c a l e — p o we r s p e c t r u m i s p l o t t e d wi t h t h e wa v e l e t t r a ns f o m r e o e f f i c i e n t s o f t h e b e s t Mo r l e t c o n t i n uo u s wa v e l e t u n d e r d i f f e r e n t t r a n s f o r m s c a l e s; a n d a c —
滚动轴承故障频谱特征分析
发电厂中的滚动机械很多,作为重要部件的滚动轴承广泛用于电厂各类机械驱动系统中。
滚动轴承的作用是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失,是一种精密的机械元件。
滚动轴承具有使用维护方便,工作可靠,起动性能好,在中等速度下承载能力较高等优势,也有减振能力较差,高速时寿命低,声响较大等劣势。
工作中的滚动轴承即使润滑良好,安装正确,防尘防潮严密,运转正常,最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。
滚动轴承的损坏会导致机械系统出现故障,严重情况下甚至会造成人身伤害。
为保证机械系统的正确运行以及人身安全,需要采取有效的轴承故障分析方法,尽早发现故障以采取应对措施。
一、滚动轴承常见故障1.磨损。
滚动轴承内滚道与滚动体的相对运动会产生磨损;多尘环境中外界的尘土、杂质侵入到轴承内,也会使滚道与滚动体表面产生磨损;润滑不良,还会产生黏着磨损,这种黏着磨损随着轴承转速越高会日益加剧。
还有一种微振磨损,即滚动轴承不旋转但出于振动中时,滚动体与滚道接触面间存在往复的微小滑动,在滚道上产生波纹状的磨痕。
磨损产生后,表面粗糙度增大,轴承游隙加大,运动精度降低,噪声和振动都会增强。
2.疲劳剥落。
工作时轴承滚动体表面与滚道由于交变载荷的作用,先在轴承表面下一定深度处产生裂纹,裂纹逐步扩展至接触表层产生剥落坑,随着时间的增长剥落坑进一步增大会导致滚动体或滚道的局部表层金属大面积剥落,使轴承产生振动和噪声。
3.腐蚀。
当有电流通过滚动轴承内部时,滚动体和滚道间接触点处引起火花使轴承表面局部熔融,产生波纹状凹凸不平;水分、空气水分的直接侵入滚动轴承也会引起轴承表面的锈蚀。
此外,轴承套圈在轴颈或座孔中的微小相对运动也会造成微振腐蚀。
4.塑性变形。
热变形引起的额外载荷、过大的静载荷或冲击载荷、高硬度异物的侵入等情况的发生,会在滚动轴承滚道表面形成划痕或不均匀的凹痕,压痕产生后会进一步加大冲击载荷引起附近表面的剥落,引起轴承塑性变形,进一步加剧轴承振动和噪声。
《基于深度学习滚动轴承故障诊断算法研究》范文
《基于深度学习滚动轴承故障诊断算法研究》篇一一、引言滚动轴承作为旋转机械的重要部件,其故障诊断对于保障设备的正常运行具有重要意义。
随着深度学习技术的发展,越来越多的研究者开始探索其在滚动轴承故障诊断领域的应用。
本文旨在研究基于深度学习的滚动轴承故障诊断算法,以提高诊断的准确性和效率。
二、相关研究综述近年来,滚动轴承故障诊断的方法主要有传统的信号处理方法、基于模型的诊断方法和基于数据驱动的诊断方法。
其中,基于数据驱动的深度学习诊断方法因其在特征提取和分类方面的优异性能而备受关注。
目前,深度学习在滚动轴承故障诊断中的应用主要集中在卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)等模型上。
这些模型可以有效地提取轴承振动信号中的时频域特征,提高故障诊断的准确率。
三、深度学习算法在滚动轴承故障诊断中的应用3.1 数据集与预处理本研究采用某大型企业提供的滚动轴承故障数据集。
首先,对原始振动信号进行降噪处理,以提高信号的信噪比。
然后,将处理后的信号划分为训练集和测试集,用于训练和验证深度学习模型。
3.2 模型构建与训练本研究采用卷积神经网络(CNN)作为主要的诊断模型。
在模型构建过程中,通过调整网络结构、卷积层数、滤波器数量等参数,以优化模型的性能。
在训练过程中,采用梯度下降算法对模型进行优化,以提高模型的诊断准确率。
3.3 特征提取与分类CNN模型可以自动提取轴承振动信号中的时频域特征。
通过训练,模型可以学习到不同故障类型对应的特征表示,从而实现故障分类。
在分类过程中,采用softmax函数对输出层进行归一化处理,以得到各故障类型的概率分布。
四、实验结果与分析4.1 实验设置实验采用十折交叉验证的方法,将数据集划分为十份,其中九份用于训练,一份用于测试。
重复该过程十次,以得到更可靠的实验结果。
实验环境为高性能计算机,配置了适当的深度学习框架和硬件资源。
4.2 实验结果实验结果表明,基于深度学习的滚动轴承故障诊断算法在各故障类型上的诊断准确率均有所提高。
滚动轴承振动信号非平稳、非高斯分析及故障诊断研究
滚动轴承振动信号非平稳、非高斯分析及故障诊断研究滚动轴承是工业机械中常见的关键部件之一,其可靠性和性能对设备运行的稳定性和寿命至关重要。
然而,在轴承的运行过程中,由于各种因素的影响,往往会产生振动信号,而这些振动信号往往不是平稳的,也不符合高斯分布。
因此,研究滚动轴承振动信号的非平稳和非高斯特性,以及基于这些特性的故障诊断方法,对于保障轴承的正常运行和预防故障具有重要意义。
首先,我们来了解一下滚动轴承振动信号的非平稳性。
平稳性是指信号的统计特性在整个时间范围内保持不变。
然而,在实际的工作环境中,许多因素会导致滚动轴承振动信号的非平稳性,如负载变化、损伤和故障等。
这种非平稳性表现为信号的幅值、频率和相位在时间上的波动。
因此,传统的平稳信号处理方法不能直接应用于滚动轴承振动信号的分析和诊断。
其次,我们来了解一下滚动轴承振动信号的非高斯性。
高斯分布是一种正态分布,它假设信号的统计特性服从正态分布,并且可以由均值和方差来完全描述。
然而,研究表明,滚动轴承振动信号的统计特性并不符合高斯分布,而是具有一定的偏度和峰度。
这意味着信号的概率密度函数在均值附近不对称,并且峰度比正态分布更加尖峭或平坦。
因此,传统的基于高斯分布假设的信号处理方法在处理滚动轴承振动信号时会引入一定的误差。
针对滚动轴承振动信号的非平稳和非高斯特性,研究者们提出了一系列基于时频分析和非线性动力学的故障诊断方法。
时频分析方法通过将信号在时域和频域上进行联合分析,可以获取信号在不同时间和频率上的特征,以便对滚动轴承的故障进行诊断。
常用的时频分析方法包括短时傅里叶变换(STFT)、小波变换和经验模态分解等。
非线性动力学方法则从信号的时域动力学行为出发,分析滚动轴承振动信号中的非线性特征,以识别可能存在的故障。
常用的非线性动力学方法包括自相关分析、互相关分析、李亚普诺夫指数和功率谱熵等。
以上提到的时频分析和非线性动力学方法在滚动轴承故障诊断中已经得到了广泛应用,并取得了一定的成功。
滚动轴承性能退化表征与剩余寿命预测方法研究
摘要滚动轴承是机械设备传动系统中的关键部件,由于其处于重载、高速及高温等极端恶劣的运行环境中,极易发生失效,继而引发系统级故障,因此,掌握滚动轴承的性能退化状态以及剩余寿命是保障机械设备安全可靠运行的关键所在。
本文以滚动轴承的性能退化表征和剩余寿命预测为研究主题,开展轴承全寿命周期试验,在此基础上,基于轴承的振动信号,进行了特征提取、性能退化表征以及剩余寿命预测研究,主要内容如下:(1)以6207深沟球轴承(材料为:GCr15)为试验对象,利用滚动轴承加速寿命试验台,进行全寿命周期性能退化试验,监测、记录并分析全程中的状态监测量(温度、振动)的特征参数及变化规律,为后续性能退化行为表征参数的选取提供参考依据。
(2)针对振动信号的特征提取问题,构建反映轴承退化的特征集。
从时域、频域以及时频域提取了与轴承性能退化征兆相关的71个特征参量,构成原始特征集。
结果表明,在轴承的全寿命周期中,原始特征表现出不同形式的变化趋势,代表各自特征有关退化过程的独特信息,能够全面有效反映轴承的退化信息。
(3)构建健康指数,表征滚动轴承性能退化状态。
以相关性、单调性以及鲁棒性作为特征评价指标,筛选出反映轴承性能退化的敏感特征,并基于PCA方法,对多个敏感特征进行融合,构建出表征轴承性能退化的健康指数。
通过试验验证,所构建的健康指数能有效表征轴承正常运行、初始退化以及急剧退化三个阶段的退化状态。
(4)构建EMD-Kriging模型,实现滚动轴承剩余寿命预测。
首先,采用EMD 方法对健康指数进行主趋势提取;其次,基于Kriging模型对轴承剩余寿命进行预测;最后,通过试验以及与典型预测方法进行比较分析,验证了所提模型的可行性和有效性。
本文研究为滚动轴承的性能退化表征与剩余寿命预测提供了方法借鉴,对于提高滚动轴承乃至机械设备传动系统的可靠性和保障性水平具有重要的工程意义。
关键词:滚动轴承;特征提取;特征选择;性能退化表征;剩余寿命预测分类号:TH133.33; TH17AbstractRolling bearing is the key component in the mechanical equipment transmission system. Because it is in the extremely severe operating environment such as heavy load, high speed and high temperature, it is easy to fail, and then cause system level failure. Therefore, it is the key to ensure the safe and reliable operation of mechanical equipment to master the performance degradation state and remaining useful life of rolling bearing. This paper takes the performance degradation characterization and remaining useful life prediction of rolling bearing as the research subject, and carries out the bearing life cycle test. On this basis, based on the vibration signal of the bearing, the research on feature extraction, performance degradation characterization and remaining useful life prediction is carried out. The main contents are as follows:(1) Taking 6207 deep groove ball bearing (material: GCr15) as the test object, the rolling bearing accelerated life test bench was used to conduct a full life cycle performance degradation test to monitor, record and analyze the characteristic parameters of the state monitoring quantity (temperature, vibration) throughout And the change rule provides a reference basis for the selection of subsequent performance degradation behavior characterization parameters.(2) Aiming at the problem of feature extraction of vibration signals, a feature set reflecting bearing degradation is constructed. 71 feature parameters related to the signs of bearing performance degradation were extracted from the time domain, frequency domain and time-frequency domain to form the original feature set. The results show that in the life cycle of the bearing, the original features show different types of change trends, representing the distinct information about the degradation process, which can fully and effectively reflect the degradation information of the bearing.(3) Construct a health index to characterize the degradation state of rolling bearing performance. Using correlation, monotonicity and robustness as feature evaluation indexes, the sensitive features reflecting the degradation of bearing performance are selected, and based on the PCA method, multiple sensitive features are fused to construct a health index that characterizes the degradation of bearing performance. It is verified through experiments that the constructed health index can effectively characterize the degradation state of the bearing in three stages of normal operation, slight degradation and severely degradation.(4) Construct an EMD-Kriging model to predict the remaining useful life of rollingbearings. First, the EMD method is used to extract the main trend of the health index; secondly, the remaining useful life of the bearing is predicted based on the Kriging model; finally, the feasibility and effectiveness of the proposed model are verified by comparison and analysis with typical prediction methods where the same dataset is used.The research in this paper provides a method for the characterization of rolling bearing performance degradation and remaining useful life prediction, which has important engineering significance for improving the reliability and security of rolling bearing and even the transmission system of mechanical equipment.Keywords:rolling bearing; feature extraction; feature selection; performance degradation characterization; remaining useful life predictionClassification Number: TH133.33; TH17目录摘要 (I)Abstract (II)目录 .................................................................................................................... I V 1 绪论 .. (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 特征提取 (3)1.2.2 性能退化表征 (4)1.2.3 剩余寿命预测 (4)1.3 现状分析总结 (6)1.4 本文的研究思路和主要内容 (6)2 滚动轴承全寿命周期试验 (8)2.1 滚动轴承结构及失效模式 (8)2.1.1 滚动轴承结构 (8)2.1.2 滚动轴承常见失效模式 (9)2.2 滚动轴承加速寿命试验 (10)2.2.1 滚动轴承加速寿命试验台 (10)2.2.2 试验方案及流程 (11)2.2.3 试验结果分析 (14)2.3 本章小结 (18)3 滚动轴承振动信号的特征提取 (19)3.1 时域特征提取 (19)3.2 频域特征提取 (23)3.3 相似相关特征提取 (26)3.4 时频域特征提取 (28)3.4.1 小波包分解特征 (28)3.4.2 经验模态分解特征 (33)3.5 本章小结 (37)4 滚动轴承性能退化表征方法研究 (39)4.1 敏感特征选择 (39)4.2 基于主成分分析的健康指数构建方法 (41)4.2.1 主成分分析的基本原理 (41)4.2.2 健康指数的构建 (43)4.3 试验验证和结果分析 (44)4.3.1 PRONOSTIA试验介绍 (44)4.3.2 方法验证及结果分析 (46)4.4 本章小结 (51)5 滚动轴承剩余寿命预测方法研究 (53)5.1 Kriging模型 (53)5.2 基于EMD-Kriging的轴承剩余寿命预测模型 (56)5.2.1 基于EMD-Kriging的预测模型 (56)5.2.2 轴承剩余寿命预测流程 (57)5.3 试验验证 (58)5.4 本章小结 (63)6 总结与展望 (64)6.1 全文工作总结 (64)6.2 研究展望 (64)参考文献 (66)作者简历 (71)1 绪论1.1 研究背景及意义随着工业制造水平的进步和物联网技术的发展,复杂化和智能化已经成为机械设备(例如航空发动机、风力发电设备、高端机床等)的主要发展趋势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法研究
基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法研究
摘要:滚动轴承作为机械设备中重要的零部件之一,其故障会导致设备停机、损坏等严重后果。
因此,及时准确地判断滚动轴承的故障状态对设备的可靠运行至关重要。
本文基于振动信号分析,研究了滚动轴承故障特征提取方法,以实现对滚动轴承故障的快速准确诊断。
首先,本文介绍了滚动轴承故障的原因和常见的故障模式,包括疲劳裂纹、滚珠脱落、滚针断裂等。
在滚动轴承发生故障时,会引起振动信号的变化,在振动信号中提取故障特征成为故障诊断的重要手段。
其次,本文提出了一种基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法。
该方法首先通过传感器采集滚动轴承的振动信号,然后利用时域分析、频域分析、小波分析等技术对振动信号进行处理。
在时域分析中,可以通过计算振动信号的均值、方差、峰值等参数来提取故障特征。
在频域分析中,可以通过进行傅里叶变换,将振动信号转换到频域,进而提取故障特征。
在小波分析中,可以利用小波变换将振动信号进行分解,并对不同尺度的分量进行分析,从而得到更加详细的故障信息。
进一步,本文还介绍了一些常用的滤波方法,如低通滤波、高通滤波和带通滤波等,用于滤除振动信号中的噪声干扰,提高故障特征的提取精度。
最后,本文通过实验验证了所提出的滚动轴承故障特征提取方法的有效性。
实验中,采用了一台滚动轴承故障仿真装置,通过人工制造不同类型的故障,采集振动信号并进行分析。
实验结果表明,所提出的方法能够准确提取滚动轴承故障特征,
并实现对不同故障模式的区分。
综上所述,本文基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法可为滚动轴承的故障诊断提供有力支持。
未来可以进一步探索更加高效、准确的故障特征提取方法,并结合机器学习等技术,开发智能化的滚动轴承故障诊断系统,实现设备的在线监测和预警,提高设备的可靠性和运行效率。
关键词:振动信号分析;滚动轴承;故障特征提取;时域分析;频域分析;小波分析;滤波方法;故障诊
综合以上研究结果,本文提出的基于振动信号分析的滚动轴承故障特征提取方法在滚动轴承故障诊断中具有良好的效果。
通过时域分析、频域分析和小波分析等方法,可以有效地提取故障特征,并通过滤波方法去除噪声干扰,提高提取精度。
实验证明,该方法可以准确提取不同类型故障的特征,并实现对故障模式的区分。
未来的研究可以进一步探索更高效、准确的特征提取方法,并结合机器学习等技术开发智能化的故障诊断系统,以实现设备的在线监测和预警,提高设备的可靠性和运行效率。
这将为滚动轴承的故障诊断提供有力支持。