基于EMD和Hilbert-Huang的滚动轴承故障诊断.pdf

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1、冶金／矿山通用机械乜0哦、G、fmIlemllurPical＆IlineInd¨、

2、rvl基于EMD和Hilbert-Huang的滚动轴承故障诊断南京工业大学(江苏210009)马新锋顾海明李泽豪【摘蔓l采用EMD{=HilbertHuang相结合的方式开发7故障母断程序，并在试验台上针对滚动轴承故障工况进行T模拟试验，采皋振动信号井做T分析。【关键词l滚动轴承EMDHflbertHuzn8故障毋断一．前言漆动轴承是旋转机械的基本组成部件．也是最易损坏的零部件之一。传统信号处理技术分别从时域或频域给出统计平

3、均结果．不能同时兼顾信号{乇时域和频域的局部和垒貌。EMD是一种新的具有自适应的时域分析方法．可根据信号的局部时变特征进行自适应的叶额分解，{}常适合非平稳、非线性信号的研究。本史用Ma【lab和LabvIew混合编程的方式．基于EMD的滚动轴承故障诊断程序，通过试验验旺程序硷断的准确性。二．EMD方法简介经验模式分解中本征模函数1MF是一奥函数，其特点是：整个信号序列中．搬值点(极大值点与概，J,IE点)的数目与过零点的数目必须相等，或最多相差不超过一个一并且在任一时间点上，信号局部极大值所确定的上包络线

4、与局部极小值所确定的下包络线均值为零。本征模函数两零点之间的每一个波动周期中只有一个单纯的波动模式，没有其他叠加渡，是EMD中分解信号的基本单元。经验模式分解由以下几个步骧组成。】)找出信—号1(f)的所有局部极值点，将所有极大值点用一曲线连接起来得到上包络线，所有极小值点用另一曲线连接起来得到下包络线。记E、下包络线的均值曲线为n，(t)。2)记x(t】与m(t)的差为，则h(f)=x(t)m(f)(I)如果h，(1)不是一个本征模函数，继续上述过程，即将h．(f)作为待处理数据，重复上步骤直至h．(I)

5、是一个本征模函数．记为c(f)-h．(r)(2)3)分解出第一个本征模函数，得到剩余信号A．(t)=J“)c．(f)(3)4)把x，(f1当作一个新的“原始”序列．重复上述步骤．依次提取出备本征模函数。扉终一．(t)变成一个单调序列，其中不再包台任何模式信息，即为分解后的余项‘(t)=^(f)(4)这样通过经验模式分解，信号A(f)谴分解为n个本征模函数f．(i=1，2，．n)与一个泉珊。(，)的和，H¨x(t)=zf．(f)+rn(t)(5)本征摸幽数f．(i=1．2．．月)反映r信号中币同频率的成分，先

6、分解出的IMF频率较高．后分解出的频率逐渐降低，至采项变为很低频率的脉动即趋势项。经验模式分解结果完垒由信号本身决定，是一种自适应信号分解方法，其滤波特性与小渡分解非常相似。1】**8蛹m州“Ml“、'L氰l冶金，矿山通用机械I“I，ⅢMetu／hirficof^，trineIndu^，九r三．程序的设计1轴承故障频率(见下表由局部缺陷引起的故障特征频率表缺陷位i冲击振动发生的间％额串备注内目_z(1+3'cos口／D．)／(2x60)扑攘动怍通过内圈上一处映陷的领率*目枷z(1#cosⅡ，Dml，(2x6

7、0)z十滚动体通过外目上一处缺陷的额串壤l穗动体冲击堆删漶道fo．司Dm(Itc∞’口帆．’)／(2x60)叩浩动悼自转额率道l壤动悼冲击&Ⅲ澧遘f。；n巩(1d：coslⅡ口?)／60潦动件上一处缺陷冲击内外圈f《道的频率保持架与外圈摩擦kn(Idcos口『D)，C2x601叩保持架舶转道额串保持肇与内圈摩端_{l_dcosⅡ／D．】／(2x60)即一个谤动体通过内圈±某点的频率洼旷转速．单位为以一d——罐动体直接，单位为mm—D竹圊直径，单位为mm一接触角，单位xlrad}——椎动俸个教。2基于Hilb

8、ert—Huang的滚动轴承故障诊断方法与步骤1)通过Hilbert变换求得轴承振动信号x(t)的包络幅值信—号^(t)。先对x(f)进行Hilbert变换，得到i(t)Ⅻ)⋯(1／)，：：坐≯dr(6)2)应用EMD方法将包络信号A(t)分解为若干IMF分量(c。，c⋯c．，“)压余项的和。A(t)=．E．C．+r(7)3)舟别对q，C2⋯C．c。进行HLIbert变换．得到对应于各个分量的瞬时频率、瞬时幅值，得到信号的Hilbcrt谱。4)求信号的HiIbcrt边际I瞢．得到幅值频率分布图。5)计算滚动

9、轴承故障特征频率．即由局部缺陷引起的冲击振动间隔额率。计算公式见轴承故障特征频率表。6)从幅值一频率分布图中，观察在故障特征频率处能量是否集中，判断滚动轴承是否存在故障以殛故障的类型。3试验验证轴转速为1448r／min，采样频率为25600Hz，采样点数为8192个。轴承结构参数如下：节圆直径D，=385ram，滚柱直径旧8ram．滚动体个数z=lI．接触角口=0。现用基于Hi】bert—Huang的滚动轴承故