基于AFSA 优化级联随机共振的轴承故障诊断方法

针对航空发动机转子系统中轴承故障诊断困难的问题,提出基于人工鱼群算法（AFSA）优化的级联随机共振轴承故障诊 断方法。建立1 个2 级级联随机共振系统对轴承微弱故障信号进行增强,以故障信号的输出信噪比为优化目标函数,采用AFSA 算 法同步优化双稳态随机共振系统的结构参数a 和b,采用优化后的级联随机共振系统分别处理仿真信号和试验信号,提取故障特 征频率验证算法的有效性。结果表明：所建立的故障诊断算法具有良好的滤波降噪特性,提取的滚动轴承故障特征频率与理论值的 误差小于0.1%。     

Morlet复小波频带优化及其在中介轴承故障诊断中的应用

针对中介轴承故障信号特点,提出了一个既能反映信号中冲击成分强弱,又能突出周期性脉冲特征的新的频带优化参数——局部包络谱峰值因子,并应用其对中介轴承故障信号Morlet复小波共振解调频带进行优化。为验证该方法的优越性,搭建双转子实验台开展中介轴承外圈故障及内圈故障模拟实验,采用局部包络谱峰值因子频带优化的Morlet复小波的对采集的试验数据进行分析。以内外圈转速均为600 r/min的中介轴承为例,外圈故障频率的理论值为88 Hz,利用局部包络谱峰值因子频带优化得到的外圈故障频率为8725 Hz。结果表明该指标能够提取出中介轴承故障频率峰值,有效地将故障信息从振动信号中分离出来,实现中介轴承故障诊断。     

基于自适应分段混合系统的轴承故障诊断

针对强噪声背景下轴承早期故障的诊断问题,提出一种基于自适应分段混合随机共振（adaptive piecewise hybrid stochastic resonance,APHSR）系统的检测方法。采用经验模态分解法（EMD）进行信号预处理,分别采用能量密度法和相关系数法去除高、低频噪声,自动筛选最优固有模态函数,经尺度变换后输入分段混合随机共振系统模型,提取故障信号。工程实验显示:经过APHSR系统,轴承故障特征频率的频谱幅值、频谱幅值与周围最大噪声之差和最大信噪比（SNR）均高于经验模态分解和经典随机共振方法,其中齿轮箱故障轴承信噪比分别提高了9.579 dB和7.473 dB,转子故障轴承信噪比分别提升了8.597 dB和5.695 dB,对凯斯西储大学故障轴承数据处理后的信噪比分别提升了3.369 dB和17.043 dB。数据表明APHSR方法具有高效性,提高了轴承故障信号诊断能力。      

航空发动机中介轴承振动故障分析方法

针对中介轴承振动故障信号微弱、较难提取的问题,提出一种基于小波变换的航空发动机中介轴承故障诊断方法:首先对中介轴承故障信号进行小波分解,得到各层细节信号,并对细节信号进行重构;然后对重构信号进行频谱变换,从频谱图上清晰观察出中介轴承的故障特征频率。对真实发动机中介轴承故障信号进行的实例分析表明,本文方法具有较好的降噪能力,较频谱分析更能突出中介轴承的故障特征。     

基于稳定约束的自适应随机共振转子故障检测方法

为解决应用传统遗传算法优化的随机共振(Stochastic resonance, SR)方法易出现的计算发散问题,提出一种基于稳定约束的自适应随机共振方法。对求解随机共振的Langevin方程进行了稳定性分析,得到了考虑输入信号的条件下,使系统输出稳定的频率压缩比R的约束公式。将该稳定性条件应用于遗传算法参数的寻优过程,将原来的无约束最优化问题转化为有约束最优化问题。将改进后的自适应随机共振方法应用于转子早期碰摩故障检测,分析结果表明,该方法确保了系统输出的稳定性,寻优过程中的频率压缩比R的取值均在约束值以下,避免了计算发散现象,实现了在强噪声条件下对微弱故障信号的提取。      

一种基于Deep-GBM的航空发动机中介轴承故障诊断方法

针对航空发动机中介轴承故障信号难于识别的特点,提出了一种深度梯度提升模型（Deep-GBM）对振动信号特征进行逐层学习以提高分类模型的准确率。开展某型航空发动机中介轴承故障模拟实验,并采用经验模式分解(EMD)方法对采集的振动信号进行分解,提取内蕴模式函数(IMF)分量非线性动力学参数样本熵作为原始故障特征。采用Deep-GBM对中介轴承内环故障、内环和滚动体综合故障、正常、滚棒剥落、滚棒划伤五种不同状态进行识别。实验结果表明,所提出的Deep-GBM故障诊断准确率达到87%,相对于传统的机器学习模型准确率最高提升了28%,并具有良好的泛化能力。      

基于峰值保持降采样算法的中介轴承故障声发射数据缩减技术

针对声发射信号数据量大、分析和保存困难的缺点,提出一种峰值保持降采样(PHDS)和谱峭度(SK)算法相结合的声发射信号数据缩减技术。采用双转子试验台开展中介轴承外圈故障模拟实验并采集声发射信号。同时,建立动力学模型对外圈故障进行数值仿真。利用PHDS-SK技术对实验和仿真结果进行数据缩减。结果表明:实验和仿真信号数据量分别缩减为原始数据的1/1250和1/400,故障信号数据缩减的同时保留了中介轴承外圈故障的周期冲击特征,并在缩减后的信号中准确提取出中介轴承外圈故障频率。     

基于WPD-KVI-Hilbert变换相结合的滚动轴承早期故障特征精准识别

为了能够有效地从轴承早期故障激励的高频振动信号中提取出故障特征信息,基于最优小波包基选取方法和峭度值最大筛选原则,提出了一种改进的小波包分解（WPD）、峭度值指标（KVI）与Hilbert变换相结合的滚动轴承早期故障特征识别方法。计算选取最优小波包基,确定分解层数;采用WPD方法对轴承故障振动信号进行分解,获得若干个Node分量;基于峭度值指标最大原则筛选出有效的Node分量进行信号重构;对重构信号进行包络解调分析,提取出故障特征频率对轴承故障进行诊断。采用建立的方法对凯斯西储大学滚珠轴承外圈、内圈故障实验数据和自行开展的滚棒轴承外圈、滚动体故障实验数据进行了分析与诊断。研究结果表明：该方法能够有效提高故障信号高频分辨率、保留周期性冲击成分,并能准确有效提取出滚珠和滚棒轴承故障特征频率的1~7倍频及其与轴转频调制的系列边频带频率,实现对滚动轴承故障特征的精准识别与故障诊断。     

基于遗传算法参数优化的变分模态分解结合1.5维谱的轴承故障诊断

为了准确提取轴承的故障特征,提出了一种遗传算法(GA)参数优化的变分模态分解(VMD)结合1.5维谱的轴承故障诊断方法。首先以VMD方法中模态分量的包络熵值最小为优化目标,利用遗传算法对模态分量个数和二次惩罚因子进行优化,确定这两个能使VMD实现最优分解的输入参数。然后利用参数优化的VMD方法对仿真信号和轴承内环故障信号进行分解,并做各模态分量的1.5维谱图。参数优化的VMD分解得到了与仿真信号原始分量相符的4个模态分量,1.5维谱剔除了未参与二次相位耦合的10Hz频率分量。同时在1k Hz频率以下,运用本文方法提取了轴承内环故障特征频率的1至6倍频频率成分以及电机转频对它们的调制频率。由此表明,遗传算法参数优化的VMD可实现复杂信号的正确分解,1.5维谱可有效检测信号的二次相位耦合。同时,遗传算法参数优化的VMD结合1.5维谱能有效提取轴承内环故障特征,从而验证了本文方法的有效性和实用性。     

基于EMD 模糊熵与会诊决策融合模型 的中介轴承故障诊断技术

针对航空发动机中介轴承故障信号难于识别的问题,提出了1种融合k NN、SVM、CART、RF及GBDT 5种算法的会诊决策融合模型。基于中介轴承故障模拟试验台开展某型航空发动机中介轴承故障试验验证。采用EMD算法对采集的振动故障信号进行分解,提取IMF分量的模糊熵作为故障特征。利用建立的会诊模型对中介轴承内环故障、内环-滚动体耦合故障、正常、滚棒剥落、滚棒划伤5种不同状态进行识别。试验研究表明:会诊模型的故障诊断准确率高达92.5%,并表现出良好的泛化能力。     

基于Birge-Massart阈值降噪与EEMD及谱峭度的滚动轴承故障特征提取

针对传统共振解调方法易受噪声干扰导致故障特征提取效果不佳的问题,提出了一种基于Birge-Massart策略的阈值降噪与集成经验模态分解(EEMD)和快速谱峭度算法相结合的滚动轴承故障特征提取方法。对原始故障信号进行EEMD并采用峭度准则筛选出含有故障信息的本征模态函数(IMF)分量;采用Birge-Massart策略和快速谱峭度对故障信号进行滤波降噪;对滤波后信号进行Hilbert包络解调,提取轴承故障特征。采用该方法分别对仿真信号和实验信号进行特征提取,结果表明该方法可以有效提高故障信号信噪比,清晰准确地获取轴承内、外圈故障的频率特征。利用峭度因子准则筛选IMF分量能有效保留原始故障信号中的冲击特征,去除无关IMF分量的影响。      

中介轴承多点故障动力学建模和仿真分析

针对中介轴承故障理论尚不完善这个缺点,特别是中介轴承多点故障机理认识不清,基于非线性Hertz接触理论,采用时变位移激励函数对中介轴承内、外圈同时存在的故障进行描述,建立中介轴承多点故障4自由度动力学模型.搭建中介轴承故障实验台,对中介轴承多点故障进行试验模拟,通过对比试验数据与动力学数值仿真结果发现,故障特征频率仿真...     

不同支承结构下同转/对转中介轴承的刚度特性

中介轴承是耦合双转子航空发动机的关键部件,为了探明中介支承结构特征、装配条件和发动机工况对中介轴承刚度特性的影响,建立了中介圆柱滚子轴承刚度特性分析模型。模型综合考虑了中介支承结构形式、轴承内外环相对旋转方向、内外环配合参数、内外环锁紧螺母拧紧力矩、轴承工作温度、发动机转速、径向载荷和弹性流体动力润滑等方面的影响,分析了某型机中介轴承的径向刚度随各参数的变化规律。结果表明,内外环配合参数和发动机工况对中介轴承的刚度影响较大,设计时应考虑刚度变化对转子系统动力学特性的影响;中介轴承刚度对锁紧螺母的拧紧力矩不敏感。另外,中介轴承刚度同中介支承结构形式及内外环的相对旋转方向密切相关,设计时应结合气动性能和结构动力学的要求合理选取,避免对发动机的可靠性造成不利影响。     

卷积神经网络和峭度在轴承故障诊断中的应用

针对传统智能诊断方法依靠专家知识和人工提取数据特征工作量大的问题,结合深度学习方法在特征提取和处理大数据方面的优势,研究了一种基于卷积神经网络和振动信号峭度指标的滚动轴承故障诊断方法。该方法将深度学习应用于轴承故障诊断,提取滚动轴承正常状态、内圈故障、外圈故障和滚动体故障4种状态的振动信号,将振动信号分段处理得到峭度指标,使用数据到图像的转换方法将峭度指标转换为灰度图,送入卷积神经网络模型完成故障分类。在进行滚动轴承故障诊断的实验时,所提的模型诊断准确率达到99.5%,高于传统支持向量机(SVM)算法的95.8%。      

Nonlinear resonance characteristics of a dual-rotor system with a local defect on the inner ring of the inter-shaft bearing

In this paper, the nonlinear resonance characteristics of a dual-rotor system are investigated with the consideration of a local defect on the inter-shaft bearing of the system. A simplified model of the dual-rotor system is proposed by considering that there is a local defect on the inner ring of inter-shaft bearing. The local defect is modelled as an inverted isosceles trapezoidal groove, which can make great influence on the inter-shaft bearing force due to the change of radial clearance of the inter-shaft bearing. The motion equations of the dual-rotor system are formulated by using the Lagrange equation. The Runge-Kutta method is employed to solve the motion equation. The amplitude-frequency response curve of the dual-rotor system is obtained, the abnormal resonance characteristics are analyzed. In addition, the influence of defect parameters, rotors and support parameters and inter-shaft bearing parameters on the amplitude-frequency characteristics of the system are discussed. The results show that there are two main resonance peaks and four abnormal resonance peaks on the amplitude-frequency response curve of the dual-rotor with a local defect on the inner ring of the inter-shaft bearing. Through analyzing the vibration response of the abnormal resonance peaks, it is found that the first two abnormal resonances are caused by the combined resonance, which are related to the inner ring fault and the rotational speed of high or low pressure rotors, and the last two resonances are caused by the induced resonance of the inner ring fault. At the same time, when the parameters of defect, rotors and support and inter-shaft bearing change, the resonance of the system also shows the corresponding change law.     

自适应可调品质因子小波变换在轴承早期故障诊断中的应用

分析了可调品质因子小波变换(TQWT)的近似平移不变性,并通过模拟信号对该性质进行验证。提出了基于时频峭度指标优化的自适应可调品质因子小波变换(ATQWT)方法,用于解决滚动轴承早期故障诊断问题。首先利用时频峭度指标对TQWT的品质因子和冗余因子进行搜寻,确定最优影响参数后,根据所得结果设置好TQWT的参数并对原始信号进行处理,得到相应的信号分量并选定最佳信号分量,对最佳信号分量执行包络解调处理,最后分析包络谱中的频率成分来判定轴承的状态。实验信号分析结果表明:所得时频峭度指标更加可靠,鲁棒性更强。在低信噪比情况下,该方法可以准确分离出原始信号中的微弱特征,有效判定轴承的早期故障。      

基于EMD样本熵-LLTSA的故障特征提取方法

针对振动信号的非线性、非平稳性以及微弱故障特征难以提取的问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)、样本熵和流形学习的故障特征提取方法.该方法将EMD、样本熵和流形学习相结合.首先,利用EMD的自适应多分辨率的特点计算分解得到的IMF(固有模态函数)信号的样本熵,初步提取滚动轴承状态特征值;然后利用流形学习方法对初步的提取的滚动轴承状态特征进行进一步的提取;最后利用支持向量机(SVM)对该特征提取方法进行分类评估,并将该方法运用在滚动轴承故障诊断实验中,实验证明该特征提取方法与基于小波包样本熵的故障诊断方法相比具有很好的聚类性能,且对于SVM的分类结果可达100%,在降低了特征数据的复杂度的同时,增强了故障模式识别的分类性能,具有一定的优越性.     

基于LMD和RBF相结合的尾桨台传动系统滚动轴承故障诊断方法

提出了局部均值分解(Local mean decomposition,简称LMD)方法和径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,简称RBF)相结合的滚动轴承故障诊断方法.LMD方法是一种新的自适应时频分析方法,能够有效地提取故障特征.该方法首先采用LMD对滚动轴承振动信号进行分解,计算分解得到的PF分量能量比,作为特征向量输入到RBF神经网络中,进行故障分类和识别.通过真实滚动轴承数据的故障诊断实验,验证了该方法的有效性.     

基于CPP与S变换的自适应时频滤波及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对变转速下滚动轴承故障调制信息的提取与分离,提出了基于线调频小波路径追踪(CPP)与S变换的自适应时频滤波方法。该方法先采用Hilbert解调对齿轮箱振动信号进行分析获取其包络信号,并对包络信号进行S变换,以获取其时频分布,同时,采用CPP算法从齿轮箱振动信号中估计出啮合频率曲线,进而获取转轴转速;然后,根据估计的转速信号分别设计各阶时频滤波器;再采用时频滤波器对包络信号的时频分布进行时频滤波,并将滤波结果进行S逆变换,以获取各阶故障调制信号;最后对各阶故障调制信号进行阶次谱分析,并根据阶次谱中的调制信息诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例表明,自适应时频滤波方法可根据轴承故障调制信号的频率变化特点自适应地改变滤波器的中心频率与带宽,能有效提取并分离轴承的各阶调制信息,且分离效果优于基于集合经验模态分解（EEMD）的阶次谱方法。