Compound fault diagnosis method of rolling bearings based on IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function

BIE Fengfeng; ZHANG Yuting; LI Qianqian; DING Xueping; PENG Guangcheng; DAI Yuxuan; ZHANG Hanyang

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.006

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Compound fault diagnosis method of rolling bearings based on IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2025-10-31

- Compound fault diagnosis method of rolling bearings based on IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 10, Pages: 51-62(2025)
- 作者机构：
  
  1.常州大学机械与轨道交通学院，常州 213164
  2.常州大学江苏省绿色过程装备重点实验室，常州 213164
  3.盐城市崇达石化机械有限公司，盐城 224712
- 作者简介：
  
  ZHANG Yuting, E-mail: s22050858068@smail.cczu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52206041);Major Project of Jiangsu Provincial Department of Education(19KJA430004);Jiangsu Graduate Research and Practice Innovation Program(SJCX23_1503);Project Results of Innovation and Entrepreneurship Training Plan for College Students in Jiangsu Province(202310292018Z)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.006
  CLC： TH133.33;TH17
- Received：17 January 2024，
  
  Revised：2024-04-25，
  
  Published：15 October 2025
- 稿件说明：
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别锋锋，张雨婷，李倩倩，等. 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数的滚动轴承复合故障诊断方法［J］. 机械强度，2025，47（10）：51-62.

BIE Fengfeng，ZHANG Yuting，LI Qianqian，et al. Compound fault diagnosis method of rolling bearings based on IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（10）：51-62.
别锋锋，张雨婷，李倩倩，等. 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数的滚动轴承复合故障诊断方法［J］. 机械强度，2025，47（10）：51-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.006.

BIE Fengfeng，ZHANG Yuting，LI Qianqian，et al. Compound fault diagnosis method of rolling bearings based on IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（10）：51-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.10.006.

摘要

针对滚动轴承故障的振动信号在强噪声背景下容易受到干扰不易提取的情况，提出了一种基于改进的蜣螂优化器（Improved Dung Beetle Optimizer

IDBO）算法-时变滤波经验模态分解（Time Varying Filtered Empirical Mode Decompo-sition

TVFEMD）与新型小波阈值函数去噪相结合的故障诊断方法。首先，运用IDBO对TVFEMD中B样条阶数和带宽阈值

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进行迭代寻优，得出最佳参数组合，然后，对原始信号进行TVFEMD，得到各本征模态函数（Intrinsic Mode Function

IMF）分量，通过相关系数准则去除其中的无关分量，重构新信号。随后，运用改进的小波阈值函数对新信号进行二次去噪处理。最后，对处理完的信号进行包络谱分析，提取其故障特征频率。通过仿真模拟信号与故障模拟试验分析研究，实现IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数相结合的故障诊断方法和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition

EMD）、集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition

EEMD）、完全集合经验模态分解去噪（Complete EEMD with Adaptive Noise

CEEMDAN）方法的对比，研究结果表明，提出的算法模型具备更好的

诊断效果。

Abstract

A fault diagnosis method based on improved dung beetle optimizer (IDBO)-time varying filtered empirical mode decomposition (TVFEMD) with improved wavelet threshold functions was proposed aiming at that the vibration signal of rolling bearing fault tends to be disturbed and overwhelmed by strong noise background. IDBO was primarily developed to iteratively optimize B-spline order and bandwidth threshold

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in TVFEMD， and the optimal parameter combination was obtained. Applying TVFEMD on the original signal

the decomposition for intrinsic mode function (IMF) component series were achieved

among which the irrelevant components were removed by correlation coefficient criterion

and target signals were reconstructed. Then the improved wavelet threshold function was employed on the new signal for further denoising. Finally

the envelope spectrum of the processed signal was calculated

from which the typical fault characteristic frequency was extracted. Through simulation signal and fault simulation test analysis

the fault diagnosis method combined with IDBO-TVFEMD and improved wavelet threshold function was compared with empirical mode decomposition (EMD)

ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and complete EEMD with adaptive noise (CEEMDAN) denoising methods. The research results show that the algorithm model proposed in this paper has higher efficiency.

关键词

Keywords

references

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