基于階次跟蹤和改進(jìn)STFT的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障診斷研究基于階次跟蹤和改進(jìn)STFT的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障診斷研究

摘要：隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中最常見的重要零部件之一，其健康狀態(tài)的診斷和故障預(yù)測對于保障設(shè)備的安全運(yùn)行和提高運(yùn)行效率具有重要意義。本文基于階次跟蹤和改進(jìn)短時傅里葉變換（STFT）的方法，對變轉(zhuǎn)速滾動軸承的故障診斷進(jìn)行了研究。通過實(shí)驗(yàn)采集的滾動軸承振動信號，首先利用階次跟蹤技術(shù)提取階次分量，然后利用改進(jìn)STFT方法對階次分量進(jìn)行頻譜分析，最后根據(jù)頻譜特征進(jìn)行故障診斷。

關(guān)鍵詞：滾動軸承；故障診斷；階次跟蹤；短時傅里葉變換；振動信號

Ⅰ.引言

滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備的重要部件之一，在工業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。然而，由于長期運(yùn)行或工作條件不理想，滾動軸承可能會出現(xiàn)磨損、裂紋、松動等故障，這些故障如果不及時檢測和修復(fù)，將導(dǎo)致設(shè)備的停機(jī)、性能下降甚至事故的發(fā)生。因此，滾動軸承的故障診斷和預(yù)測對于設(shè)備的可靠運(yùn)行和提高工業(yè)生產(chǎn)效率具有重要意義。

Ⅱ.階次跟蹤方法

階次是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時間內(nèi)的等分?jǐn)?shù)，在滾動軸承故障診斷中，通過分析階次分量可以獲得與故障有關(guān)的特征信息。階次分量的提取是階次跟蹤方法的核心。一種常用的階次跟蹤方法是包絡(luò)分析法，它可以通過分析信號的包絡(luò)線提取階次分量。另一種方法是高階相關(guān)法，它通過對信號進(jìn)行相關(guān)分析，提取階次分量。

Ⅲ.短時傅里葉變換（STFT）

傳統(tǒng)的傅里葉變換將整個信號進(jìn)行頻域分析，但是對于非平穩(wěn)信號來說，傳統(tǒng)傅里葉變換的分辨率不夠高。為了解決這一問題，將傅里葉變換應(yīng)用于局部信號，就形成了短時傅里葉變換（STFT）。STFT可以在時間和頻率上同時分析信號，能夠較好地反映信號在時域和頻域的變化。

Ⅳ.基于階次跟蹤和改進(jìn)STFT的滾動軸承故障診斷方法

本文將階次跟蹤和改進(jìn)STFT相結(jié)合的方法應(yīng)用于滾動軸承故障診斷中。具體步驟如下：

1.采集滾動軸承振動信號，并對信號進(jìn)行預(yù)處理，如去除噪聲和濾波。

2.利用階次跟蹤方法提取出滾動軸承振動信號的階次分量。

3.對階次分量進(jìn)行短時傅里葉變換，獲得短時頻譜圖。

4通過對短時頻譜圖進(jìn)行特征提取，得到與滾動軸承故障相關(guān)的頻譜特征。

5.根據(jù)頻譜特征進(jìn)行故障診斷，判斷滾動軸承是否存在故障。

Ⅴ.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文通過實(shí)驗(yàn)采集了不同工況下滾動軸承的振動信號，并進(jìn)行了基于階次跟蹤和改進(jìn)STFT的故障診斷方法的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確地診斷滾動軸承的故障，對于不同類型的故障包括磨損、裂紋等都能夠給出準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。

Ⅵ.結(jié)論

本文基于階次跟蹤和改進(jìn)STFT的方法，對滾動軸承的故障診斷進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確地診斷滾動軸承的故障，具有較高的識別率和準(zhǔn)確度。該方法為滾動軸承的故障診斷提供了一種有效的手段，對于保障設(shè)備的安全運(yùn)行和提高運(yùn)行效率具有重要意義。

通過階次跟蹤和改進(jìn)STFT的方法，本文成功應(yīng)用于滾動軸承故障診斷中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法能夠準(zhǔn)確地診斷滾動軸承的故障，包括磨損和裂紋等不同類型的故障。該方法具有較高的識別率和準(zhǔn)確度，為滾動軸承的故障診斷提供了一種有