基于LabVIEW的滚动轴承故障诊断系统实现

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1、东北大学研究生考试试卷评分考试科目：动态信号分析与处理课程编号：阅卷人：考试日期：2015.1姓名：王万振学号：1400494注意事项1．考前研究生将上述项目填写清楚2．字迹要清楚，保持卷面清洁3．交卷时请将本试卷和题签一起上交东北大学研究生院基于LabVIEW的滚动轴承故障诊断系统实现摘要滚动轴承是机械设备旋转机械中最常用的部件，在生产中起着关键性作用，因此其运行状态是否正常往往直接影响整台机器的性能。据统计旋转机械中由于滚动轴承损伤而引起的故障占到大约30%，因此对滚动轴承故障诊断的研究有很大的实际意义。本文先对滚动轴承

2、的故障诊断技术按发展阶段进行了概述。接着介绍了本诊断系统是如何搭建的，同时介绍了轴承诊断的一些方法以及它们的优缺点。第三部分是基于LabVIEW的滚动轴承故障诊断系统的实现，也是本文的重点。最后通过对测量数据和处理数据的分析，判断出轴承的故障类型。本文的目的是建立一套基于LabVIEW的比较完整和可行的滚动轴承故障诊断系统，并对实践起到一定的指导作用。关键词：滚动轴承；故障诊断；LabVIEW；诊断系统目录1引言32滚动轴承障诊断技术概述33诊断系统的总体设计53.1滚动轴承的振动机理53.2滚动轴承的故障类型53.3Lab

3、VIEW的主要特点53.4本课题的分析方法63.5轴承诊断经验公式73.6系统的搭建84轴承故障诊断分析94.1时域分析94.2频域分析115结论13参考文献131引言滚动轴承是旋转机械中应用最广泛的机械部件，在旋转机械中起着关键的作用，同时也是机械设备中最易损故障零件之一，其结构如图1所示。滚动轴承运行状态是否正常直接影响整机的性能。所以正确诊断轴承故障，对延长旋转机械的使用寿命、节省维修费用、保证机器设备正常运行、避免事故有很大的实际意义。本文将实验数据读入到在LabVIEW中搭建的系统中，通过时域分析、倒频分析、功率谱

4、分析、FFT分析、短时FFT分析、Hilbet分析、小波分析等方法对滚动轴承进行了故障诊断，并确定了滚动轴承的故障类型。2滚动轴承故障诊断技术概述最原始的方法是将听音棒(或螺丝刀)接触轴承座部，靠听觉来判断有无故障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。后来出现了各种测振仪，可用振动位移、速度或加速度的均方根值和峰值来判断轴承有无故障，这可以减少对人为经验的依赖，但仍很难发现早期故障随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，加之，快速傅立叶变换技术的发展，开创了用频域分析方法来检测和

5、诊断轴承的故障。（就技术手段而言，故障诊断已逐步形成以振动测试、油样分析、温度监测等为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最为广泛，理论基础最为雄厚、研究最为充分。振动监测方法分为时域分析和频域分析，时域分析方法比较简便，适宜于噪声干扰小的场合，是简易诊断的好方法；频域诊断方法中，共振解调方法最为可靠，而且非常成熟，适宜于轴承故障的精密诊断）随着滚动轴承信号处理技术的发展，现已有多种信号处理技术应用于滚动轴承的故障诊断和监测。如频率细化技术、倒频谱等，在信号预处理上采用了各种滤波技术，如相干波，自适应滤

6、波等，提高了诊断灵敏度。但是先进的理论需要先进的监测技术和仪器仪表的支持，否则其研究、设计、应用都很难发展。目前，用于诊断轴承故障的仪器设备采用的故障诊断信号识别主要是模拟检测系统，如FFT分析仪、幅值分析仪、电平记录仪等。但是，这些传统的诊断仪器仪器功能单一、价格昂贵。随着计算机技术的发展，以软件为核心的虚拟仪器弥补了传统测试仪器的不足，虚拟仪器是计算机系统与仪器系统有机结合的产物。虚拟仪器利用计算机系统的强大功能和突出的性价比，结合相应的硬件，大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传输和存储等方面的限制。虚拟仪器技术在国外

7、发展很快，以美国Nl公司为代表的一批厂商己经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商业化仪器产品。在国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统,如清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建了汽车发动机检测装置等。国内有几十家企业在研制PC虚拟仪器，如哈工大仪器王电子有限责任公司就是其中之一。3诊断系统的总体设计3.1滚动轴承的振动机理当滚动轴承在运转时，一般是外圈与轴承座或机壳相连接，固定或相对固定，内圈与机械的传动轴相连接，随轴一起转动。当轴以一定速度并在一定荷载下运转时，轴承滚动表面损伤的形式和轴承轴的旋转速度，决定了激振力的频

8、率，轴承和外壳决定了振动系统的传递特性。因此，振动系统的最终频率，由以上二者共同决定。引起滚动轴承振动的因素很多，有本身轴承转动引起的振动，有由于人为因素引起的振动，也有由于轴承产生故障以后引起的故障。3.2滚动轴承的故障类型磨损失效。磨损是滚动轴承中最常见的一种失效形式，在滚动轴承运转过