基于频带熵的滚动轴承故障诊断研究-论文.pdf

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1、振动与冲击第33卷第1期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于频带熵的滚动轴承故障诊断研究刘韬，陈进，董广明(上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240)摘要：发生早期故障的轴承，由于故障特征频率处的能量比较微弱，易于被噪声淹没。通过对滚动轴承故障原理的研究，讨论了利用共振频率解调故障特征频率对于噪声的抑制能力。为了寻找轴承的共振频率，结合时频分析和信息熵的特点，提出了一种新的频带熵方法。首先利用短时傅里叶变换得到信号的时频分布，再沿时间轴计算各个频率的幅值谱熵，从而得到各个频率成分随时间变化的复杂度指标。利用频带熵对轴承共振频率的检

2、测能力，揭示了频带熵与自适应滤波器参数的关系。与原始包络相比，滤波后的包络信号能有效的从噪声中提取出轴承故障特征频率。最后通过仿真和实验验证了该方法的有效性。关键词：频带熵；包络分析；滚动轴承；故障诊断中图分类号：TH165．3；TN911：TH17文献标识码：ARollingelementbearingfaultdiagnosisbasedonfrequencybandentropyLIUTao，CHENJin，DONGGuang—ming(StateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibration，ShanghaiJiaoTo

3、ngUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Bearingfaultcharacteristicfrequenciescontainratherweakenergywhentheearlyfaultoccurs，andtheyareoftenoverwhelmedinnoise．Accordingtotheresearchresultsonthefaultmechanismofrollingbearings，thedemodulationofbearingresonancefrequencyishelpfulinimprovi

4、ngSNRandextractingthecharacteristicfrequencies．Basedontime—frequencyanalysisandinformationentropy，frequencybandentropy(FBE)wasintroducedtofindthebearingresonancefrequency．Shorttimefouriertransform(STFT)wasutilizedtocalculatethetime—frequencydistributionofsigna1．Thentheamplitudespectrume

5、ntropyofeachfrequencywasestimatedtodiscoverthecomplexityofeachfrequencychangingwithtime．Thispropertyprovidesawayofblindlydesigningofoptimalfilterparameters．Thebearingcharacteristicfrequenciescanbeextractedeffectivelyfromthesignalafterfiltering．Thesimulationandexperimentverifythevalidity

6、oftheproposedmethod．Keywords：frequencybandentropy；envelopeanalysis；rollingelementbearing；faultdiagnosis轴承是旋转设备的重要部件，其故障是造成旋转于谱峭度的轴承故障诊断方法。Qu等将信息熵引机械故障的主要原因之一。因此，对轴承的状态监测入频谱分析，并将谱熵应用于的设备故障诊断。于德与故障诊断一直是机械设备故障诊断的研究热点¨。介等将EMD方法与时频熵结合，并将其用于齿轮的故障诊断的关键在于从原始信号中提取故障特征故障诊断。信号，基于振动信号分析方法已被广泛应用到轴承的

7、当滚动轴承发生故障时，其振动信号往往表现为故障诊断领域。但由于轴承信号的非平稳性，传统的一种幅值调制特性J，通过包络分析就可以得到轴承时域和频域分析方法常受到限制。时频分析是一种比的故障特征频率，从而实现对轴承的故障诊断。由于较有效的非平稳信号分析方法，它能建立信号能量在在实际的故障诊断过程中，信号通常伴随着比较大的时间和频率上的分布J，并通过对时频分析的后续处背景噪声，因此需选取信噪比较高或受其它干扰较小理，为故障诊断提供依据。Antoni等将时域的峭度的频带来进行解包络。本文结合信息熵和振动信号的指标与短时傅里叶变换(STFT)相结合，提出了一种