兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240329-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0329
崔素晓1, 武哲1, 崔彦平1,*(), 张强2, 赵月静1
收稿日期:
2024-04-26
上线日期:
2025-02-28
通讯作者:
基金资助:
CUI Suxiao1, WU Zhe1, CUI Yanping1,*(), ZHANG Qiang2, ZHAO Yuejing1
Received:
2024-04-26
Online:
2025-02-28
摘要:
针对传统手工提取故障特征过度依赖专家的先验知识,导致信息提取不完全、效率低、成本高、漏诊误诊的问题,提出一种基于频率切片小波变换(Frequency Slice Wavelet Transform,FSWT)和注意力增强ConvNeXt模型的新方法,用于行星齿轮箱故障诊断。该方法在ConvNeXt模型基础上融合卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),使网络更加聚焦于关键区域的特征,减小无关目标的干扰。通过FSWT将一维振动信号转化为具有二维特征的时频谱图像,输入到改进后的网络中进行自动特征提取,并建立特征空间与故障空间之间的映射关系,实现不同故障模式的准确区分。利用动力传动模拟实验台数据对所提方法进行实验验证,结果表明:相较于其他网络模型,改进后的ConvNeXt模型能够准确识别出齿轮特定类型的故障,且噪声干扰下依旧展现出良好的鲁棒性。所得研究成果可为行星齿轮箱智能故障诊断提供参考。
崔素晓, 武哲, 崔彦平, 张强, 赵月静. 基于频率切片小波变换和注意力增强ConvNeXt模型的行星齿轮箱故障诊断[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240329-.
CUI Suxiao, WU Zhe, CUI Yanping, ZHANG Qiang, ZHAO Yuejing. Fault Diagnosis of Planetary Gearbox Based on Frequency Slice Wavelet Transform and Attention-enhanced ConvNeXt Model[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240329-.
部件 | 齿轮齿数 | |
---|---|---|
第1级 | 第2级 | |
齿圈 | 100 | 100 |
行星轮 | 40×3 | 36×4 |
太阳轮 | 20 | 28 |
表1 行星齿轮箱规格
Table 1 Specification of planetary gearbox
部件 | 齿轮齿数 | |
---|---|---|
第1级 | 第2级 | |
齿圈 | 100 | 100 |
行星轮 | 40×3 | 36×4 |
太阳轮 | 20 | 28 |
网络模型 | 准确率 | 精确率 | 召回率 | F1 |
---|---|---|---|---|
CBAM-ConvNeXt模型 | 99.98 | 99.98 | 99.98 | 99.98 |
ConvNeXt-T模型 | 99.89 | 99.88 | 99.90 | 99.89 |
Resnet34模型 | 99.10 | 99.10 | 99.10 | 99.10 |
Densnet121模型 | 95.21 | 95.34 | 95.20 | 95.27 |
Swin Transformer网络模型 | 99.31 | 99.32 | 99.30 | 99.31 |
表2 各网络模型测试集评价指标结果对比
Table 2 Comparison of evaluation indicators for different network model test sets %
网络模型 | 准确率 | 精确率 | 召回率 | F1 |
---|---|---|---|---|
CBAM-ConvNeXt模型 | 99.98 | 99.98 | 99.98 | 99.98 |
ConvNeXt-T模型 | 99.89 | 99.88 | 99.90 | 99.89 |
Resnet34模型 | 99.10 | 99.10 | 99.10 | 99.10 |
Densnet121模型 | 95.21 | 95.34 | 95.20 | 95.27 |
Swin Transformer网络模型 | 99.31 | 99.32 | 99.30 | 99.31 |
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