基于经验模式分解和Wigner高阶矩谱的轴承故障诊断.pdf

堕二轴承2009年4期
CN41一l148／IHBearing2009，No．4

基于经验模式分解和Wigner
高阶矩谱的轴承故障诊断

王凯，安钢，肖雨
(1．装甲兵工程学院机械工程系，北京100072；2．中北大学机电3-程学院，太原030051)

~：Wigner高阶矩谱由于交叉项的干扰而影响了对信号的时频分析，通过经验模式分解与Wigner高阶矩谱
结合，有效地抑制了Wigner高阶矩谱的交叉项，通过仿真试验进行了验证，并在轴承内圈点蚀故障诊断中得到
了应用。
关键词：滚动轴承；故障诊断；Wigner高阶矩谱；经验模式分解；相关系数
中图分类号：TH133．33；TP274文献标志码：A文章编号：1000—3762(2009)04-0047—04

FaultDiagnosisofRollingBearingsBasedonEMDandWHOS

WANGKai，ANGang，XIAOYu
(1．TheMechanicalEngineeringDepartment，theAcademyofArmoredForcesEnganeefing，Beijing100072，China；
2．EleetremechanicalEngineeringCollege，NoahUniversityofChina，Taiyuan030051，China)

Abstract：Thetime—frequencyanalysi8basedWignerhighermomentspectrum(WHOS)isinterferedbycross—term．
Combinedwiththeempiricalmodedecomposition(EMD)，thecross—termisefectivelysuppressed．Themethodwas
validatedthroughsimulationexperiment，andappliedinfaultdiagnosisofbearinginnerringpittingcorrosion．

Keywords：rollingbearing；faultdiagnosis；WHOS；EMD；correlationcoeficient

滚动轴承是旋转机械的关键部件，也是极易统的相位信息，描述系统的非线性性质，适合于分
发生故障的部件，其运行的好坏，直接影响到设备析非平稳信号。但是同Wigner—Ville分布一样，
的运转状态。旋转机械的许多故障都与滚动轴承Wigner高阶矩谱也受到交叉项的干扰，本文通过
有关，据统计，在旋转机械中由于滚动轴承损坏引将经验模式分解与Wigner高阶矩谱相结合，有效
起的故障约占30％[11，因此对滚动轴承的运转状地抑制了Wigner高阶矩谱的交叉项，通过仿真试
态进行监测，及时发现故障隐患，具有十分重要的验进行了验证，并在滚动轴承内圈点蚀故障诊断
意义。中进行了应用。
目前基于振动信号的轴承故障诊断是应用最
1Wigner高阶矩谱
广泛，最有效的方法J。轴承故障信号的突出
特点是非平稳信号，并且这种瞬时频率突变信号1988年Gerr首先提出Wigner高阶矩谱
的持续时间极短，常常被轴承正常振动信号所淹(Wignerhighermomentspectrum，WHOS)的概念。
没，给轴承故障诊断带来困难。信号(t)的k阶Wigner高阶矩谱定义为
Wigner高阶矩谱由于在保留了Wigner—Vile
(￡，⋯)=⋯’(f—’
分布良好特性的同时能够抑制高斯噪声，保留系

收稿日期：2008—11—17；修回13期：2008—12—02主t+一南咖一
基金项目：国防科技重点实验室基金项目j2丁)dr](1)
(51457050103JB3502)当k=1时，得到Wigner—Ville分布
作者简介：王凯(1976一)，男，博士研究生，主要研究方
向为装甲车辆机械系统故障诊断。(tj3=’(￡一号)(t+号)ed．r
E—mail：[e-mail]。(2)
《轴承)z0o9．No．4

当k：2时得到Wigner双谱
s(t)：∑Ci(t)(5)
i=1
(f)=ffx’(t一1r，一1)(￡+由于分解过程中存在误差，会分解出l't个基本
1
模式分量c和m个伪分量，而ci和ci并不完全相
号r。一1：)(t+争一了1丁)exp(一j2丁)·同，m个伪分量是两者的差值
exp(一j2r2)dT1dT2(3)
当k=3时得到Wigner三谱s(t)=∑Ci()+∑(6)
()=J．，’(一丁)(t—r+)·由于内禀模式函数的均值为零，所以分解后
l2丁3产生的基本模式分量C与原信号s的互协方差函
(t一丁+下2)(t一+3)exp[