EMD方法和倒频谱在齿轮箱故障诊断中的应用.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术No．92014年9月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueSept．2014文章编号：1001—2265(2014)09—0102—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．09．028EMD方法和倒频谱在齿轮箱故障诊断中的应用刘自然，熊伟，颜丙生，甄守乐，王律强(河南工业大学机电工程学院，郑州450007)摘要：将经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，简称EMD)和倒频谱结合

2、，利用EMD分解齿轮箱的振动信号，得到具有不同频率的固有模态函数(IMF)。从得到的基本模态函数可以发现齿轮箱振动信号具有明显的调幅特性，证明EMD方法可以有效地提取齿轮箱故障信息。将固有模态函数进行包络谱分析，运用倒频谱的方法对这些信号进行进一步提取和分离。试验表明，倒频谱和EMD方法相结合，能够准确提取振动特征。关键词：经验模态分解；倒频谱；齿轮箱中图分类号：TH132．41；TG65文献标识码：AFaultDiagnosisofGearboxBasedonCepstrumandEMDMethodLIUZi—ran，XI

3、ONGWei，YANBing-sheng，ZHENShou—le，WANGLv—qiang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，HenanUniversityofTechnology，Zhengzhou450007，China)Abstract：Thispapercombinestheempiricalmodedecomposition(EMD)withcepstrum．EMDwillmakethegearboxvibrationsignaldecomposed，andthe

4、intrinsicmodefunctioncanbevariouswithdifferentfre-quencies．Frombasiccomponents，wecanseethecharacteristicofamplitudemodulation，indicatingthatEMDCanbeeffectivelyappliedtogearboxfaultdiagnosis．ThentheintrinsicmodefunctionareappliedtoenvelopespectrumanalysisatthesalTle

5、time，usingthecepstrumtoextractandseparatethesesignals．TheexperimentalresultshowsthatthecombinationofcepstrumanalysisandEMDCaneffectivelyextractfeaturesofvibration．Keywords：EMD；cepstrum；gearbox0引言1EMD基本理论齿轮箱的升降速过程包含了丰富的状态信息，一美籍华人Norden．Huang等人创造性的提出本征些在平稳运行时不易反映的故障征

6、兆可能会充分地表模态函数的基本概念以及将任意信号分解为本征模态现出来⋯。但齿轮箱的升降速过程信号比平稳过程信函数(IMF)的EMD分解。EMD方法是基于信号的局号复杂得多，常规的频谱分析方法不适用。为了处理部特征尺度，能够把复杂信号分解成固有模态函数，其非平稳信号，短时傅里叶变换、Winger—Ville分布和小实质是对非平稳信号进行平稳化处理，得到一系列不波分析等卓有成效的信号分析方法逐渐提出并应用于同特征尺度的时间序列，每一个时间序列对应一个固故障诊断中。但这不表明上述矛盾完全解决，因为几有模态函数。得到基本模态函数需要

7、满足两个条件：乎所有的时频分析方法都以傅里叶变换为最终理论依在整个数据段内，极值点的数量(包含极大值和极小据。而EMD方法从根本上摆脱了傅里叶变换的局值)与过零点的数量相等或者相差不能超过一个；除限性，具有很高的信噪比，非常适用于非平稳过程。近此之外，在任何一个时间点，其局部极大值所确定包络年来，在齿轮箱故障诊断中，EMD技术与其它信号处线和局部极小值确定包络线的均值为零。将原始信号理方法相结合得到了广泛的应用，包括傅里叶变换、时分解成IMF的方法如下：找出()的极值点，并分别间序列分析、支持向量机等。而本文提出一种基于拟合

8、出原数据的上、下包络线；求上、下包络线的均值EMD和倒频谱结合的齿轮箱故障诊断方法，能够有效曲线m(t)；将原数据序列(t)减去该平均包络，得提取出齿轮箱的振动特征。到一个新数据序列：收稿日期：2014—03—25；修回日期：2014—05—09作者简介：刘自然(1962一)，男，河南新县