齿轮故障诊断的新方法
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时域信号, 绝对值的包络作 F F T 谱分析, 其频谱 幅值代表真实包络信号。
软件希尔伯特解调技术之所以较少应用于故障 诊断中, 主要是由于精度低、速度慢。通常在进行
希尔伯特变换时, 都是利用求 F F T 正变换和逆变 换来实现。但此法计算量大、速度慢, 谱分析的频 率分辨率低。因而在使用时, 将重抽与滤波有效地 结合起来, 以得到最大细化倍数的解调谱, 来提高 其解调谱的分辨率、运算速度和精度。
方法一: 倒频谱法
在齿轮故障的频域诊断方法中, 倒频谱方法具 有特殊的优越性。当复杂的齿轮系中有多个齿轮, 而且背景随机噪声和振动很大时, 齿轮啮合频率就 不容易从噪声和机械振动的频谱中识别出来, 这时 可采用倒 频谱分析。倒 频谱分析 又称二次 频谱分
析。它是近代信号处理科学中的一项新技术, 特别 是在边频带的分析上, 它可以将原来频谱上成簇的 边带谱线转化成单根谱线, 因而成为检测复杂谱图 中周期分量的有效手段。简单的频谱图, 边带信号 是比较容易识别的。而复杂的谱图, 可能存在很多
准确的故障信息。其疲劳的严重程度可以用瞬态频 率波动的大小来衡量。
方法四: 频谱细化法 细化技术, 就是 局部放大! 的方法。在故障
诊断中, 故障信号往往只集中在某一频段内。为了 准确确定幅值大小的特征频率, 需要提高这段频率 区间信号的频率分辨率, 采用放大的方法。细化技 术 的实质 是一种选 带分析技 术。它是 利用频移 原 理, 在感兴趣的一小段频带内仍采用同样多的谱线
IE QE
价值工程
齿轮故障诊断
的
新方法
周湛学 / 河北科技大学
摘要 齿轮故障诊断, 可以利 用振动、噪声的 信号在频域及
时域上的表达进行诊断。现代科学 技术的发展, 众多 的新方法逐步
引入了这一领域, 成为现代先进的齿轮故障诊断法。
关键词 故障诊断 瞬态频率波动 变换
引言 故障信息处理技术, 对准确、快速诊断 故障有十分重要的作用。故障信息处理技术包括故 障信号的检测及分析处理。检测的信号, 通常有振 动、噪声、温度、压力等; 分析处理, 就是对这些 信号进行加工、变换, 提取出对诊断有用的征兆。
结构, 确定其调制源, 因而为诊断齿轮故障提供了 有效的工具。
小波变换法
小波变换法作为一种新的信号处理方法, 已在 很多工程领域中得到成功的应用, 近几年在故障诊 断中也开始起步应用。小波变换定义为:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
W Tx ( t , a ) =
1 a
+# -#
x(
)
(
a
t
)
d
这里 ( t ) 是振荡衰减的函数, a 为尺度因子,
t 为平移因子, 尺度因子的选取与频率成反比。因
此, 小波变换是时间尺度分析法。
在小波变换的应用中, 采用 时 ∀∀∀ 级均方
图! 来表示小波分量的能量分布, 用于齿轮的早期
诊断。由于齿轮裂纹较小时, 这种异常一般不很明
显; 如用小波变换分析, 就能很好反映这种局部异
常及其位置。故用小波分析可以较好地解决这一问
调制频率不同的边带信号, 即在频谱图上包含很多 大小不同的周期成份, 很难看出特点; 但若对具有 边带信号的功率谱本身再作一次谱分析, 则能把边 带信号分离出来, 找出调制源而可较准确地分析和 诊断产生故障的原因和部位。
方法二: 希尔伯特变换法 用希尔伯特变换法诊断故障, 是从信号中提取 调制信号, 分析调制函数的变化。它可以提取故障 特征, 分析和诊断故障。希尔伯特解调分析, 是对
题。 利用二进小波分解或小波包分解的多分辨分析
原理, 把信号分解到不同频带内进行处理, 对处理 不连续 、突变和 非平稳的 信号具有 很多优点 。因
此, 小波变换在故障诊断领域中将会获得广泛应用。
参考文献 ∃ 袁宏 义等 编: % 设备 振动 诊断 技术 基础& , 国 防工 业出 版 社, 1990; ∋ 钟发祥: %用 瞬态频率波动 法诊断齿轮故障& , %振动与 冲 击& 杂志 1996 1; ( 朱继梅: %小 波变换及其工 程应用& , %振 动与冲击& 杂 志 1996 4; )田涛、丁康: %希尔伯特变 换及其在故障诊 断中的应用& , %振动与冲击& 杂志 1996 2。
分析, 从而提高了分辨率。 虽然 倒频谱方 法在故障 诊断中有 一定的优 越
性, 但频率分辨率低, 边带周期在功率谱上识别有 困难, 倒谱效果差; 对高速齿轮啮合频率及边带只 占整个频带的很小部分, 相对能量小; 因而倒谱难
以识别。若在倒谱取对数之前, 对功率谱中边带附 近频段进行细化后再进行传里叶变换, 可得到其倒 谱 ∀ ∀ ∀ 细化频谱, 则能克服上述缺点, 使调制源的 周期信号很容易识别。C ∀ Z OO M 算法就是一种频 谱细化方法, 其得到的细化倒谱, 很容易提取边带
方法三: 瞬态频率波动法
瞬态频率反映了齿轮振动频率在各个瞬时的波
40 NO: 1998 1
价值工程
IE QE
动情况。对于频率波动具有周期性, 可以再进行一 次频谱分析。由此得到的频谱称为频率波动频谱。
众所周知, 齿轮周期应力的作用, 会引起疲劳
裂纹扩展, 最后导致断齿。从疲劳裂纹出现到疲劳 断裂, 这是一个渐变过程。利用瞬态频率波动法, 实现频率调制信号的解调, 提取齿轮的局部裂纹信 息, 可以诊断疲劳裂纹, 预报断齿, 给出更早而又
分析齿轮调制信号的方法 在机械设备故障诊断中, 对调制信号进行解调 是一项常见而重要的工作。其调制信号即包络线多 为故障信号。对这种信号进行解调, 分离提取这种 包络信号, 分析它的特征频率和幅值, 能准确可靠 诊断出齿轮的疲劳、点蚀、断齿、轴轻度弯曲、齿 形误差等很多故障, 它都以振动调制的形式表现出 来的。当具有故障的齿轮进入啮合时, 会产生周期 冲击振动。对较高的啮合频率进行调制, 在频谱中 表现为在啮合频率两侧产生间隔均匀的边频带。针 对齿轮故障总是可以通过调制来表达, 如果从原信 号中直接提取调制信号, 直接分析调制函数, 则对 齿轮诊断是非常有用的。
以快速富氏变换( F F T ) 为核心的信号处理分析 方法, 促进了现代设备状态监测与故障诊断技术的 发展。应用于频谱分析、相干分析、细化谱分析、 包络分析等。新的信号处理方法, 为故障诊断提供 了更加有效的手段, 如: 瞬态频率波动法、频谱细 化法、希尔伯特变换法、小波变换法等, 已在很多 工程领域中成功地应用, 也广泛应用于齿轮故障诊 断中。
( 题花: 沙 驼/ 作)
NO: 1998 1 41
软件希尔伯特解调技术之所以较少应用于故障 诊断中, 主要是由于精度低、速度慢。通常在进行
希尔伯特变换时, 都是利用求 F F T 正变换和逆变 换来实现。但此法计算量大、速度慢, 谱分析的频 率分辨率低。因而在使用时, 将重抽与滤波有效地 结合起来, 以得到最大细化倍数的解调谱, 来提高 其解调谱的分辨率、运算速度和精度。
方法一: 倒频谱法
在齿轮故障的频域诊断方法中, 倒频谱方法具 有特殊的优越性。当复杂的齿轮系中有多个齿轮, 而且背景随机噪声和振动很大时, 齿轮啮合频率就 不容易从噪声和机械振动的频谱中识别出来, 这时 可采用倒 频谱分析。倒 频谱分析 又称二次 频谱分
析。它是近代信号处理科学中的一项新技术, 特别 是在边频带的分析上, 它可以将原来频谱上成簇的 边带谱线转化成单根谱线, 因而成为检测复杂谱图 中周期分量的有效手段。简单的频谱图, 边带信号 是比较容易识别的。而复杂的谱图, 可能存在很多
准确的故障信息。其疲劳的严重程度可以用瞬态频 率波动的大小来衡量。
方法四: 频谱细化法 细化技术, 就是 局部放大! 的方法。在故障
诊断中, 故障信号往往只集中在某一频段内。为了 准确确定幅值大小的特征频率, 需要提高这段频率 区间信号的频率分辨率, 采用放大的方法。细化技 术 的实质 是一种选 带分析技 术。它是 利用频移 原 理, 在感兴趣的一小段频带内仍采用同样多的谱线
IE QE
价值工程
齿轮故障诊断
的
新方法
周湛学 / 河北科技大学
摘要 齿轮故障诊断, 可以利 用振动、噪声的 信号在频域及
时域上的表达进行诊断。现代科学 技术的发展, 众多 的新方法逐步
引入了这一领域, 成为现代先进的齿轮故障诊断法。
关键词 故障诊断 瞬态频率波动 变换
引言 故障信息处理技术, 对准确、快速诊断 故障有十分重要的作用。故障信息处理技术包括故 障信号的检测及分析处理。检测的信号, 通常有振 动、噪声、温度、压力等; 分析处理, 就是对这些 信号进行加工、变换, 提取出对诊断有用的征兆。
结构, 确定其调制源, 因而为诊断齿轮故障提供了 有效的工具。
小波变换法
小波变换法作为一种新的信号处理方法, 已在 很多工程领域中得到成功的应用, 近几年在故障诊 断中也开始起步应用。小波变换定义为:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
W Tx ( t , a ) =
1 a
+# -#
x(
)
(
a
t
)
d
这里 ( t ) 是振荡衰减的函数, a 为尺度因子,
t 为平移因子, 尺度因子的选取与频率成反比。因
此, 小波变换是时间尺度分析法。
在小波变换的应用中, 采用 时 ∀∀∀ 级均方
图! 来表示小波分量的能量分布, 用于齿轮的早期
诊断。由于齿轮裂纹较小时, 这种异常一般不很明
显; 如用小波变换分析, 就能很好反映这种局部异
常及其位置。故用小波分析可以较好地解决这一问
调制频率不同的边带信号, 即在频谱图上包含很多 大小不同的周期成份, 很难看出特点; 但若对具有 边带信号的功率谱本身再作一次谱分析, 则能把边 带信号分离出来, 找出调制源而可较准确地分析和 诊断产生故障的原因和部位。
方法二: 希尔伯特变换法 用希尔伯特变换法诊断故障, 是从信号中提取 调制信号, 分析调制函数的变化。它可以提取故障 特征, 分析和诊断故障。希尔伯特解调分析, 是对
题。 利用二进小波分解或小波包分解的多分辨分析
原理, 把信号分解到不同频带内进行处理, 对处理 不连续 、突变和 非平稳的 信号具有 很多优点 。因
此, 小波变换在故障诊断领域中将会获得广泛应用。
参考文献 ∃ 袁宏 义等 编: % 设备 振动 诊断 技术 基础& , 国 防工 业出 版 社, 1990; ∋ 钟发祥: %用 瞬态频率波动 法诊断齿轮故障& , %振动与 冲 击& 杂志 1996 1; ( 朱继梅: %小 波变换及其工 程应用& , %振 动与冲击& 杂 志 1996 4; )田涛、丁康: %希尔伯特变 换及其在故障诊 断中的应用& , %振动与冲击& 杂志 1996 2。
分析, 从而提高了分辨率。 虽然 倒频谱方 法在故障 诊断中有 一定的优 越
性, 但频率分辨率低, 边带周期在功率谱上识别有 困难, 倒谱效果差; 对高速齿轮啮合频率及边带只 占整个频带的很小部分, 相对能量小; 因而倒谱难
以识别。若在倒谱取对数之前, 对功率谱中边带附 近频段进行细化后再进行传里叶变换, 可得到其倒 谱 ∀ ∀ ∀ 细化频谱, 则能克服上述缺点, 使调制源的 周期信号很容易识别。C ∀ Z OO M 算法就是一种频 谱细化方法, 其得到的细化倒谱, 很容易提取边带
方法三: 瞬态频率波动法
瞬态频率反映了齿轮振动频率在各个瞬时的波
40 NO: 1998 1
价值工程
IE QE
动情况。对于频率波动具有周期性, 可以再进行一 次频谱分析。由此得到的频谱称为频率波动频谱。
众所周知, 齿轮周期应力的作用, 会引起疲劳
裂纹扩展, 最后导致断齿。从疲劳裂纹出现到疲劳 断裂, 这是一个渐变过程。利用瞬态频率波动法, 实现频率调制信号的解调, 提取齿轮的局部裂纹信 息, 可以诊断疲劳裂纹, 预报断齿, 给出更早而又
分析齿轮调制信号的方法 在机械设备故障诊断中, 对调制信号进行解调 是一项常见而重要的工作。其调制信号即包络线多 为故障信号。对这种信号进行解调, 分离提取这种 包络信号, 分析它的特征频率和幅值, 能准确可靠 诊断出齿轮的疲劳、点蚀、断齿、轴轻度弯曲、齿 形误差等很多故障, 它都以振动调制的形式表现出 来的。当具有故障的齿轮进入啮合时, 会产生周期 冲击振动。对较高的啮合频率进行调制, 在频谱中 表现为在啮合频率两侧产生间隔均匀的边频带。针 对齿轮故障总是可以通过调制来表达, 如果从原信 号中直接提取调制信号, 直接分析调制函数, 则对 齿轮诊断是非常有用的。
以快速富氏变换( F F T ) 为核心的信号处理分析 方法, 促进了现代设备状态监测与故障诊断技术的 发展。应用于频谱分析、相干分析、细化谱分析、 包络分析等。新的信号处理方法, 为故障诊断提供 了更加有效的手段, 如: 瞬态频率波动法、频谱细 化法、希尔伯特变换法、小波变换法等, 已在很多 工程领域中成功地应用, 也广泛应用于齿轮故障诊 断中。
( 题花: 沙 驼/ 作)
NO: 1998 1 41