Hilbert-Huang變換提取齒輪箱故障特征方法研究

張志斌,王 菁,宋曉菲（.河北省石家莊市9469部隊(duì),石家莊 050070； .河北省石家莊市發(fā)展和改革委員會(huì)信息中心,石家莊 0500；.河北慧云電子科技有限公司,石家莊 050000）

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Hilbert-Huang變換提取齒輪箱故障特征方法研究

張志斌1,王 菁2,宋曉菲3
（1.河北省石家莊市93469部隊(duì),石家莊 050070； 2.河北省石家莊市發(fā)展和改革委員會(huì)信息中心,石家莊 050011；3.河北慧云電子科技有限公司,石家莊 050000）

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

1 Hilbert-Huang變換簡(jiǎn)介

Hilbert-Huang變換（簡(jiǎn)稱(chēng)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。

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。

圖1 齒根裂紋故障時(shí)的振動(dòng)時(shí)域波形（左）及其自功率譜波形（右）

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。

圖2 齒根裂紋故障信號(hào)的EMD分解

圖3 IMF3信號(hào)的包絡(luò)譜

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

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

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51306058, 71102174）；河北省科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（15212204D）