基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征-论文.pdf

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1、振动上i冲击第33卷第1期JOURNALOFVIBRAT10NANDSH0CK基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征刘建敏，刘远宏，江鹏程，冯辅周(装甲兵工程学院，北京100072)探i要：齿轮故障振动信号中调幅和调频现象同时存在，其频谱包括以啮合频率及其谐波为载频，齿轮所在轴转频及其谐波为调制频率产生的调制边频带。针对齿轮故障振动信号特征提取困难的问题，提出一种基于包络分析和s变换时频图像相结合的故障特征提取方法。通过变速器齿轮故障模拟实验，采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号，对其进行Hilbe~变换得到信号的包络，然后对包络信号进行s变换，得到包络的时频图像的等高线灰

2、度图像，计算图像的灰度共生矩阵及其统计特征量，提取齿轮故障特征。试验结果表明：该方法能有效提取齿轮故障特征。关键词：齿轮；故障特征；包络；S变换；时频图像中图分类号：TP306+．3文献标识码：AExtractionofgearfaultfeaturesbasedontheenvelopeandtime-frequencyimageofStransformationLIUJian—min，LIUYuan—hong，JIANGPeng—cheng，FENGFu—zhou(AcademyofArmoredForceEngineering，Beijing100072，China)Abstra

3、ct：Whenagearhasalocalfault，thevibrationsignalsofgearmaycontainamplitudeandphasemodulations．Theirspectrumscontainmeshingfrequencies，harmonics，andcouplingfrequenciesgeneratedbythemodulations．Accordingtothecharacteristicsofvibrationsignalsofthegearswithfaults，afeatureextractionmethodbasedontheenvel

4、opeandtime一~equencyimageofStransformationwasproposed．Thevibrationsignalsfromgearswithdifferentweardegreeswerecollectedbyusingfaultsimulationsonanexperimentalsetup．Then，theenvelopeswereobtainedbyHilberttransformofvibrationsignalsandtheenvelopesoftime-~equencycontourmapswereachievedbyStransformati

5、on．FinallythefeatureswereextractedbycalculatingstatisticparametersbasedO13thegrey—scalematrixesofthemaps．Theresultshowsthattheproposedmethodcaneffectivelyextractgearfaultfeatures．Keywords：gear；faultfeature；envelope；Stransformation；time一~equencyimage齿轮传动是机械设备中最常用的传动方式，被广有效手段，信号包络提取方法主要包括：希尔伯特变换泛地

6、应用于各类机械设备的运动和动力传递中。齿轮解调法、检波一滤波法和高通绝对值解调法。高通绝故障的发生会影响加工精度，导致机械设备的整体对值解调的是信号中线的包络，检波滤波解调是信号性能下降，甚至会造成严重设备事故和重大经济正半周中线的包络，两者得到的解调幅值都不是真实损失¨。的包络幅值，而Hilbert变换解调出的包络是信号绝对齿轮故障诊断的关键在于故障特征提取。理想的值的包络，其解调幅值代表了真实包络j。正常齿轮振动信号主要由齿轮啮合频率及其谐波分量Stockwell等提出的s变换是近年来信号时频分组成。齿轮故障，如断齿、点蚀、磨损等，会产生周期性布研究的重要工具。与短时傅里叶变换、小

7、波变换和的脉冲冲击力，导致其振动信号的调制现象，在频谱上WeignerVil1分布等时频分析方法相比，s变换采用了表现为啮合频率两侧出现的调制边频带J。与频率有关的可变高斯函数，具有与频率相关的分辨对故障产生的周期性脉冲振动信号进行包络分率，可以有效检测出信号中各次谐波分量，克服了小波析，寻找故障信号的冲击强度是一种诊断齿轮故障的变换存在频率混叠和分频不到位而无法有效检测出信号中各次谐波分量和短时傅里叶变换固定分辨率的不基金项目：国家自然科学基