针对齿轮箱故障诊断需要大量专家经验知识、人工提取特征困难的问题,提出基于特征差异性学习卷积神经网络(FDLCNN)的故障诊断方法。构建不同深度的多尺度网络,并引入残差模块,以提升网络的特征提取能力;提取一维时序信号中不同尺度不同深度的故障特征,再通过自适应平均池化层处理后进行特征融合,以丰富智能诊断决策信息;最后在全连接层实现特征降维,使用Softmax分类器输出诊断结果。利用10种齿轮箱故障状态实验数据与现有3种方法进行对比分析,结果表明:FDLCNN故障识别精度更高,鲁棒性更强,收敛速度更快。

HVD(希尔伯特振动分解)算法以其强烈的抗模态混叠性能,常用于频率耦合下的信号分解,但起始端点的选择是制约其工程应用的关键。针对此,提出一种自回归HVD算法确保抑制边界效应的同时解决频耦信号精准分解难题。此方法以HVD为分解基函数,结合自回归模型具备的自适应边界延拓的能力完成对HVD算法的优化,最终完成复合故障中具有频率耦合特性的信号精准分解。以风力机实验系统的二级平行轴齿轮箱为验证对象,分析不同转速下的复合信息,辨识效果证明自回归HVD在具有频耦特性的复合故障诊断中具有显著优势。

轴承故障诊断环境复杂、影响因素多,导致特征高维化成为一个技术难题,采用核主成分分析法(KPCA)进行高维特征降维取得了一定成效,但KPCA未考虑特征间的相似性对计算复杂度以及分离效果的影响,对提高计算实时性和有效性以及提升分类效果形成了限制。为此提出了基于K均值聚类算法和KPCA方法的聚KPCA方法。利用均值聚类算法的思想对所提取的时、频域特征中的相似特征进行聚类,降低后续KPCA计算的复杂度,再用KPCA对聚类后的特征进行降维,将高维特征映射到一个类别可分度较高的特征空间。利用正常、内圈故障、外圈故障、滚动体故障4种轴承状态信号特征对聚KPCA方法进行验证,结果表明:与KPCA方法相比,所提出的聚KPCA方法具有更好的降维分离效果和较强的鲁棒性。

为实现轴承故障的快速准确诊断,以互相关和互信息为基础构造一种针对轴承的快速故障诊断方法。该方法首先运用有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response,简称FIR)滤波器对各单一故障(包括内圈、外圈、滚珠、保持架)振动信号进行分解,降低信号分解过程中因模态混叠造成的干扰,以力学分析建立的各故障振动模型为参考,对分解后的子信号采用互相关分析法,选出表征故障特征的子信号,计算子信号透露的信息量——互信息,用于构造故障特征矩阵,最后由K最近邻分类算法(K-Nearest Neighbor,简称KNN算法)的识别结果验证该算法对实现轴承故障快速识别具有优势。

信噪比低和源信息的缺失是造成早期微弱故障难以准确判定的主要因素,针对以此问题,提出一种双矢时域变换(dual vector time-time domain transform,简称DVTD)的方法,用于完备和凸显齿轮早期微弱故障特征.方法借用全矢原理实现相互垂直的双通道振动信号的融合,保证双矢信号源信息的完整.在此基础上,结合双时域变换理论,提取二维时间序列的主对角元素用以构建完整的、故障特征增强的时域振动信号.以风电机组齿轮箱为实验对象,提取表征信号波动强度的小尺度指数作为状态特征,验证了双矢时域变换的微弱故障特征增强特性及其在齿轮早期微弱故障识别中应用的有效性。

针对故障因素对行星齿轮传动系统动态特性影响不明确的问题,采用Hertz接触理论计算齿轮副啮合力的方法,有效的引入了太阳轮缺齿故障因素,建立了行星齿轮传动系统动力学分析模型;模拟系统在太阳轮出现缺齿情况下的工作过程,分析故障因素随着系统输入转速和负载变化对传动系统动态特性的影响。数据表明太阳轮出现缺齿故障时,太阳轮浮动轨迹半径增大;啮合力基频及倍频周围出现边频带,低频区域出现大量低频带;随着转速和负载的增加,各轮齿间啮合力正常波动和冲击幅值均增大。该结果可为行星齿轮传动系统的设计制造、使用监测和故障诊断提供理论依据。

为了准确、有效地提取转子故障特征,提出了变分模态分解（VMD）和奇异值特征提取的方法,并采用模糊C均值聚类（FCM）进行转子故障识别。首先,利用分解精度高、模态混叠问题少的VMD算法进行振动信号分解,形成初始特征向量矩阵,然后对该向量矩阵进行奇异值分解,将求得奇异值作为故障特征向量,最后通过模糊C均值聚类形成聚类中心,并计算海明贴近度以实现不同工况下的转子故障分类。将此方法进行转子实验台振动数据验证,实验结果表明：该方法能够有效实现不同工况下转子故障信号的区分,取得了理想的故障诊断结果。

本文介绍了极坐标运动轨迹控制在堆焊增材制造中的优势,研究了极坐标直线插补和圆弧插补算法,采用三次多项式拟合各轴的速度曲线,结合位置伺服解决了逐点比较法中的悬臂摆振问题,通过实验对比发现极坐标插补在堆焊快速成型方面与直角坐标插补效率相当,结合机械回转填充方式能避免传统直角坐标方式的插补计算带来的响应滞后.最后与极坐标逐点比较法进行对比测试,验证了成型控制软件的执行效率,发现当插补精度为0.04mm时,可获得较好的成型精度与响应时间.

针对升速过程中转子故障诊断所面临的复杂分析问题,在传统轴心轨迹的基础上提出瞬态倍频轴心轨迹的分析方法。利用Vold-Kalman阶比跟踪方法提取出各故障特征频率;然后将特征频率进行重构,合成随转速变化的瞬态倍频轴心轨迹;利用几何矩方法提取瞬态倍频轴心轨迹的故障特征,并将几何矩特征集进行MDS降维。经实验验证,该方法在转子升速过程中的故障特征提取及诊断方面取得了良好的效果。

为了探究含故障因素行星齿轮传动系统的动态特性,结合Hertz接触理论和齿轮激励,建立考虑齿面接触特性的行星齿轮传动系统动力学模型,并且在模型中分别引入了行星轮、内齿圈、太阳轮3种断齿故障因素;分别模拟了传动系统在不同故障因素影响下的工作过程,通过分析动载荷谱、浮动轨迹来研究行星齿轮出现故障的情况下传动系统的动态特性。得出结论:与内齿圈断齿故障相比,行星轮、太阳轮断齿对系统造成影响更大;频谱图中低频区域的幅值所在频率和故障频率有着对应关系;太阳轮断齿故障因素使太阳轮浮动轨迹半径大幅增加。故障因素对系统动态特性影响的研究,可以为行星齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。