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        Hilbert—Huang變換提取齒輪箱故障特征方法研究

        2016-06-16 16:59:23張志斌王菁宋曉菲
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年12期
        關(guān)鍵詞:經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解齒輪箱故障診斷

        張志斌+王菁+宋曉菲

        摘 要:本文在研究了Hilbert-Huang變換的原理和它在非線性、非平穩(wěn)信號(hào)分析中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和Hilbert-Huang變換提取齒輪箱故障特征的方法,實(shí)驗(yàn)證實(shí),通過(guò)對(duì)齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解,并對(duì)分解得到的IMF分量進(jìn)行包絡(luò)譜分析,能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱內(nèi)齒輪的故障定位。

        關(guān)鍵詞:Hilbert-Huang變換;經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解;齒輪箱;故障診斷

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.008

        1 Hilbert-Huang變換簡(jiǎn)介

        Hilbert-Huang變換(簡(jiǎn)稱HHT)是Norden E.Huang等人于1998年首次提出的一種新的信號(hào)分析理論。Hilbert-Huang變換應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition 或EMD)理論將信號(hào)分解成相互獨(dú)立的若干固有模態(tài)(Intrinsic Mode Function 或IMF)的和,并對(duì)每個(gè)IMF進(jìn)行Hilbert變換得到信號(hào)的瞬時(shí)頻率和幅值,從而給出信號(hào)隨時(shí)間和頻率變化的精確表達(dá),因而可以用于對(duì)信號(hào)的局部行為做出精確的描述。

        對(duì)任一實(shí)信號(hào)s(t)進(jìn)行EMD,直至分量cn(t)或剩余信號(hào)rn(t)足夠小時(shí)或剩余信號(hào)cn(t)變成一個(gè)單調(diào)函數(shù),以至不能再?gòu)闹刑崛MF時(shí)終止分解,可以得到:。

        構(gòu)造解析函數(shù)zi(t)=ci(t)+jH[ci(t)],其中:,這樣,就可以把信號(hào)s(t)展開成(Re表示取實(shí)部),其中:,。于是得到信號(hào)s(t)的Hilbert譜及其邊界譜。

        2 基于Hilbert-Huang變換的齒輪箱故障特征提取

        單級(jí)傳動(dòng)的齒輪箱輸入軸齒輪齒數(shù)為28,輸出軸齒輪齒數(shù)為36, 電機(jī)轉(zhuǎn)速為1473r/min,輸入軸回轉(zhuǎn)頻率為24.55Hz,輸出軸回轉(zhuǎn)頻率為為19.11Hz,齒輪嚙合頻率為688Hz。在從動(dòng)軸齒輪齒根處加工寬0.1mm、深3mm的小槽以模擬齒根裂紋。測(cè)量得到的振動(dòng)信號(hào)及其功率譜如圖1所示。

        從功率譜圖中能找到嚙合頻率及其二倍頻,但沒(méi)有邊帶信息,因此難以判斷故障發(fā)生的部位。將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行EMD分解,進(jìn)而可以得到IMF信號(hào)的包絡(luò)譜,圖2所示即為EMD分解得到的9個(gè)分量中的前3個(gè)。圖3為IMF3信號(hào)的包絡(luò)譜,可以很清晰地看到故障齒輪所在的輸出軸的頻率特征。

        參考文獻(xiàn):

        [1]N.E.Huang, The Empirical Mode Decomposition and the Hilbert Spectrum for Nonlinear and Non-stationary Time Series Analysis, J. Proc. R. Soc. Lond. A, 1998, 454:903-995

        [2]張志斌.基于頻響修正的齒輪箱故障診斷研究[D].石家莊:軍械工程學(xué)院,2004.

        [3]uang NE, Wu ML, Long SR, et al. A confidential limit for the empirical mode decomposition and Hilbert spectrum analysis [J].eedings of the Royal Society of London. A (2003),459:2317-2345.

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