基于振动信号分析的滚动轴承故障诊断仪的设计与实现

发布时间：2017-08-09 19:14

  本文关键词：基于振动信号分析的滚动轴承故障诊断仪的设计与实现

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【摘要】：滚动轴承的振动信号是故障诊断中常用的征兆提取量，它对轴承工作状态变化的反应迅速、全面、真实，，且能很好的反应出滚动轴承绝大部分故障的性质、范围和严重程度，并且有很多先进有效的分析方法可供选择。本文将基于振动信号的故障诊断方法与虚拟仪器技术相结合，对轴承故障诊断仪进行了设计，并通过实验测试对其有效性和实用性进行了验证。 本文首先以滚动轴承的结构、载荷分布以及各元件间的运动关系为理论基础，对轴承的损伤形式、故障机理和故障特征进行了研究。其次，从时域、频域和时频域三个方面，对滚动轴承故障诊断的信号处理方法进行了分析、研究和对比，并对其在实际应用中的有效性进行了分析。时域分析主要介绍了振幅值诊断法、波形因数诊断法、概率密度诊断法及峭度系数诊断法等简易诊断方法。频域分析重点介绍了频谱分析法、倒频谱分析法、细化谱分析及包络解调分析等信号处理方法，其中，包络解调分析法是现有方法中最行之有效的轴承故障诊断方法。时频域分析是对信号的频谱含量随时间变化的描述，本文对窗口（短时）傅里叶变换、小波变换和Hilbert-Huang变换进行了深入的研究，并对其在实际应用过程中的优缺点做了分析。然后，基于信号处理方法理论和虚拟仪器技术，对滚动轴承故障诊断系统进行了总体设计。软件部分详细介绍了故障诊断仪功能模块的实现，硬件部分主要介绍了滚动轴承试验台的设计，以及轴承、传感器、采集卡等型号的选择和安装。 最后，在上述工作的基础上，完成了滚动轴承故障诊断仪的开发和滚动轴承试验台的搭建，并利用该试验台对滚动轴承故障诊断仪进行了大量的实验测试。实验结果表明，本文开发的滚动轴承的故障诊断仪，能有效的识别轴承的典型故障，可以应用到滚动轴承的故障诊断中去。
【关键词】：滚动轴承 故障诊断 振动信号 包络解调分析 虚拟仪器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.33;TP277
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景8
• 1.2 滚动轴承故障诊断方法的研究8-10
• 1.3 基于振动信号的滚动轴承故障诊断国内外现状10-12
• 1.4 本文的主要研究工作及内容安排12-14
• 2 滚动轴承的典型结构及故障机理14-23
• 2.1 滚动轴承的典型结构14-15
• 2.2 滚动轴承的损伤分析15-17
• 2.3 滚动轴承特性分析17-19
• 2.3.1 滚动轴承的固有频率17-18
• 2.3.2 滚动轴承故障特征频率的计算18-19
• 2.4 滚动轴承的振动机理及其故障特征19-21
• 2.4.1 内圈故障特征20
• 2.4.2 外圈故障特征20-21
• 2.4.3 滚动体故障特征21
• 2.5 本章小结21-23
• 3 基于振动信号分析的轴承故障诊断方法23-41
• 3.1 振动信号的采集23-27
• 3.1.1 常用传感器23-26
• 3.1.2 信号调理26-27
• 3.1.3 数据采集器27
• 3.2 时域诊断法在轴承故障诊断中的应用27-31
• 3.2.1 振幅值28
• 3.2.2 波形因数28
• 3.2.3 波峰因数28
• 3.2.4 概率密度28-29
• 3.2.5 峭度29-30
• 3.2.6 冲击脉冲法30-31
• 3.3 频域诊断法在轴承故障诊断中的应用31-33
• 3.3.1 频谱分析法32
• 3.3.2 细化谱分析法32
• 3.3.3 倒频谱分析法32-33
• 3.4 时频域诊断法在轴承故障诊断中的应用33-36
• 3.4.1 窗口（短时）傅里叶变换33-34
• 3.4.2 小波分析34
• 3.4.3 Hilbert-Huang 变换34-36
• 3.5 包络解调分析36-39
• 3.5.1 包络解调原理37
• 3.5.2 希尔伯特 ( Hilbert) 变换解调37-38
• 3.5.3 能量算子解调法38-39
• 3.6 本章小结39-41
• 4 轴承故障诊断系统的设计与实现41-52
• 4.1 虚拟仪器41-43
• 4.1.1 虚拟仪器的特点41-42
• 4.1.2 LabVIEW 简介42-43
• 4.2 轴承故障诊断系统的开发43-51
• 4.2.1 基于虚拟仪器的诊断系统的硬件组成43-47
• 4.2.2 滚动轴承故障诊断系统主要分析模块设计47-51
• 4.3 本章小结51-52
• 5 滚动轴承故障的实验数据分析52-60
• 5.1 实验设备的安装与连接52
• 5.2 实验步骤52-53
• 5.3 实验数据分析53-59
• 5.3.1 时域参数分析53-54
• 5.3.2 轴承特征频率的计算54-55
• 5.3.3 包络解调分析55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录66

【参考文献】

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本文编号：646860