书书书
振 动 与 冲 击
第 34 卷第 6 期 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.34 No.6 2015
收稿日期：2014 －01 －28 修改稿收到日期：2014 －04 －13
第一作者 杨青乐 男，硕士，1990 年 7 月生
通信作者 肖云魁 男，博士，教授，博士生导师，1956 年 9 月生
Teager 能量算子增强倒阶次谱提取轴承微弱故障特征
杨青乐
1
，梅检民
1
，肖 静
2
，张玲玲
1
，肖云魁
1
（1 .军事交通学院 军用车辆系，天津 300161；2.军事交通学院 图书馆，天津 300161 ）
摘 要：
针对变速器加速过程下轴承故障特征易于暴露难以提取问题，提出一种 Teager 能量算子增强倒阶次谱方
法。计算加速过程等角度重采样信号的 Teager 能量算子，对 Teager 能量算子输出进行倒谱分析，获得 Teager 能量算子增
强倒阶次谱。对加速过程滚动轴承外圈、内圈剥落故障信号进行分析，结果表明，Teager 能量算子能有效增强冲击成分，
抑制非冲击成分；倒阶次谱能从干扰中准确识别被增强的故障冲击特征，提取轴承微弱故障特征。
关键词：Teager 能量算子；倒阶次谱；滚动轴承；故障诊断
中图分类号：TH165
＋
.3 文献标志码：A DOI：10.13465 ／j.cnki.jvs.2015.06.001
Weak fault feature extraction for bearings based
on an order cepstrum enhanced with Teager energy operator
YANG Qing-le
1
，MEI Jian-min
1
，XIAO Jing
2
，ZHANG Ling-ling
1
，XIAO Yun-kui
1
（1 .Department of Military Automobile，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；
2.The Library of Military Transportation University，Tianjin 300161 ，China）
Abstract： Bearing’s fault features are easy to be exposed and difficult to be extracted during acceleration of a
gearbox.In order to solve this problem，an order cepstrum enhanced with Teager energy operator was presented.Firstly，
Teager energy operator of a signal during acceleration resampled with even angle-interval was calculated.Then，the output
of Teager energy operator was analyzed with the order cepstrum method，the order cepstrum enhanced with Teager energy
operator was obtained.The signals of exfoliation faults of outside and inside rings of a rolling bearing during acceleration
were analyzed.The results showed that Teager energy operator can be used to effectively enhance impulse components and
restrain non-impulse components；the order cepstrum can be used to identify fault impact features from interferences
accurately and extract the weak fault features of the bearing.
Key words：Teager energy operator；order cepstrum；rolling bearing；fault diagnosis
变速器滚动轴承内、外圈发生局部（剥落、腐蚀等）
故障时振动信号中会出现周期性冲击成分，轴承早期
故障周期冲击振动时间短、时域能量微弱、频域带宽较
宽，不易检测及提取。变速器变转速过程更能突出故
障特征，但其它干扰及噪声背景更强，更难提取微弱特
征。为有效提取轴承早期故障微弱特征，亟需探索有
效的特征提取方法。
解调是轴承故障特征提取中应用较多的方法，通
常需确定共振频带，且仅对信噪比较高的信号效果较
好
［1 －2］
。Teager 能 量 算 子 （Teager Energy Operator，
TEO）为非线性算子，能增强信号的瞬态特征，适合检
测信号中冲击成分
［3 －7］
。针对解调方法的局限性，文
献［8］利用 Teager 能量谱增强瞬态冲击并提取轴承故
障特征，有较强的抗噪能力，但不能分析多调制分量信
号。倒阶次谱是对角域重采样后的振动信号进行倒谱
分析，能有效识别多分量信号阶比谱中难以辨识的周
期特征，是一种非常有效的轴承故障诊断方法
［9］
，但信
噪比较低时效果不理想。
为有效提取轴承早期故障微弱冲击特征，提出一
种 Teager 能量算子增强倒阶次谱，用 Teager 能量算子
分析等角度重采样信号，增强冲击特征，抑制非冲击干
扰；对 Teager 能量输出进行倒阶次谱分析，从干扰中识
别被增强的故障周期特征。变速器变转速过程振动信
号的分析结果表明，Teager 能量算子增强倒阶次谱，能
有效提取轴承内、外圈早期故障微弱特征。
资源评论
