崔磊實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

1、崔磊實(shí)驗(yàn)報(bào)告西安交通大學(xué) 機(jī)械故障診斷理論與技術(shù) 實(shí)驗(yàn) 報(bào)告 學(xué)生姓名 崔雷 班級 碩 2076 學(xué)號 3112301044 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程 研 究 所 智能儀器與檢測診斷研究所 任課 教師 張西寧 職稱 教授 1 1 完成對測量到的齒輪 振動信號的數(shù)字濾波處理（低通、高通和帶通數(shù)字濾波處理結(jié)果比較）：從測試的齒輪箱振動信號中選擇一信號進(jìn)行數(shù)字濾波處理。對原始信號與濾波后信號進(jìn)行比較，觀察濾波前后信后的差異，濾波后的信號是否保留了相應(yīng)的低頻、高頻和選擇頻帶的分量。注意：在濾波程序在得到濾波器的單位脈沖響應(yīng)曲線后，要求確定濾波器單位脈 沖響應(yīng)曲線的長度，確定的長度應(yīng)該確保

2、曲線衰減到比較小的值或接近零時(shí)的值。本次試驗(yàn)選擇 C:Documents and SettingsAdministrator桌面課件診斷補(bǔ)充以前實(shí)驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)補(bǔ)充的測試數(shù)據(jù)齒輪數(shù)據(jù)磨損A01001.rvd.數(shù)據(jù)濾波處理。信號的濾波處理時(shí)消除或減弱干擾噪聲，保留有用信號的過程。低通：理想的低通濾波器能使信號中低于頻率cw的各頻率分量以同樣的放大倍數(shù)通過，使高于cw的頻率成分減少為零。這里的cw即為濾波器的截止頻率，cw w <的頻率范圍稱為低通濾波器的銅帶，cw w > 的頻率范圍稱為低通濾波器的阻帶。對上述的信號做低通濾波（提取 01000HZ 頻率分量）的信號圖如下所示，其中輸入

3、濾波器單位脈沖序列的長度取為 40?？梢钥闯?，低通濾波器能夠較好的分離出想要的頻率，但是在截至頻率旁邊不是太干凈，所以理想的低通濾波器是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是這樣的濾波器的濾波效果已經(jīng)很好了，能夠達(dá)到信號預(yù)處理的目的。0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1000-800-600-400-20_20_4006008001000振 動 信 號 的 波 形 圖時(shí) 間 /s幅值/mv 圖 1 原始振動信號 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000024682信 號 的 幅 值 譜 圖頻 率 /Hz幅值/mv 圖 2 信號的幅值譜圖（提取 01000HZ 頻率分量） 0 5 10 1

4、5 20 25 30 35 40 45-0.0500.050.10.150.2濾 波 器 的 單 位 脈 沖 響 應(yīng) 函 數(shù)采 樣 點(diǎn) 數(shù)幅值/mv 圖 3 單位脈沖響應(yīng)函數(shù) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1000-50005001000原始信號時(shí) 間 /s濾 波 結(jié) 果 比 較0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-20_-100010020_濾波信號時(shí) 間 /s 圖 4 低通濾波前后信號結(jié)果對比 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000012345678910頻 率 /Hz幅值/mv 圖 5 濾波信號的傅里葉變化的譜圖 帶通：帶通濾波器的通帶為1 cw 和2

5、cw 之間的頻帶，位于這個頻帶之外的頻率分量被濾除掉。本次試驗(yàn)取通帶頻率為 20_3000HZ，其中輸入濾波器單位脈沖序列的長度取為 40，濾波結(jié)果如下圖所示。從圖中可以看出帶通濾波器可以很好的將低頻和高頻信號濾除，保留下來感興趣的信號。0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000024682信 號 的 幅 值 譜 圖頻 率 /Hz幅值/mv 圖 6 信號的幅值譜圖（提取 20_3000HZ 頻率分量） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2濾 波 器 的 單 位 脈 沖 響 應(yīng) 函 數(shù)采 樣 點(diǎn)

6、 數(shù)幅值/mv 圖 7 濾波器的單位脈沖響應(yīng)函數(shù) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1000-50005001000原始信號時(shí) 間 /s濾 波 結(jié) 果 比 較0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1000-50005001000濾波信號時(shí) 間 /s 圖 8 帶通濾波前后信號圖對比 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000012345678頻 率 /Hz振幅/Mv 圖 9 帶通濾波后信號譜圖 高通：高通濾波器恰好與低通濾波器相反，他的通帶為cw w > 的頻率分量被保留，而小于這個頻率分量的成分則被濾除。本次實(shí)驗(yàn)取高通頻率為大于 4000HZ的頻率分量，其中輸入

7、濾波器單位脈沖序列的長度為 40，分析p 結(jié)果如下。0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000024682信 號 的 幅 值 譜 圖頻 率 /Hz幅值/mv 圖 10 信號的幅值譜圖（提取gt;4000HZ 頻率分量） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.25濾 波 器 的 單 位 脈 沖 響 應(yīng) 函 數(shù)采 樣 點(diǎn) 數(shù)幅值/mv 圖 11 濾波器的單位脈沖響應(yīng)函數(shù) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1000-50005001000原始信號時(shí) 間 /s濾 波 結(jié) 果 比 較0 0.5

8、1 1.5 2 2.5 3-100-50050100濾波信號時(shí) 間 /s 圖 12 高通濾波前后信號對比 0 1000 20_ 3000 4000 5000 600000.10.20.30.40.50.60.70.80.9頻 率 /Hz振幅/mv 圖 13 高通濾波后信號譜圖 總結(jié)：1） 通過對以上低通、帶通、高通等三種濾波器的驗(yàn)證分析p ，可以看出這三種濾波器很好的將想要的頻率分量給分離出來；在其濾波之后的譜圖上可以看出在截至頻率的旁邊有些許其他的頻率分量，也充分說明了其是區(qū)別于理想濾波器的。2） 濾波器起到了很好的濾波作用，可以提高信噪比，獲取感興趣的頻率分量，達(dá)到很好的信號預(yù)處理效果。2

9、.完成對對測量到的齒輪振動信號的頻譜分析p ：從測試的對齒輪箱振動信號中選擇一信號進(jìn)行頻譜分析p ，觀察和分析p 信號中所包含的主要頻率成分或主要集中的頻段范圍。試驗(yàn)臺工作參數(shù)：輸入轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 左右，轉(zhuǎn)速比為 12.6346，實(shí)驗(yàn)過程為空載； 選取測試數(shù)據(jù)當(dāng)中的前五組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；得到其振動信號圖如下：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7-150-100-50050100time/s/mv信 號 波 形 圖 14 原始信號波形圖 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000 7000 800000.511.522.5_: 187.5Y: 0.55

10、05frequency/Hz/mv幅 值 譜_: 571.9Y: 1.401_: 750Y: 1.902_: 2610Y: 2.367 圖 15 原始信號幅值譜圖 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7-20_-150-100-50050100150time/s/mv信 號 波 形 圖 16 低速軸信號波形圖 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000 7000 80000123456789frequency/Hz/mv幅 值 譜_: 191.3Y: 2.116_: 753.8Y: 8.346_: 575.6Y: 2.892_: 1781Y: 2.85_:

11、 388.1Y: 1.387 圖 17 低速軸信號幅值譜圖 通過對原始信號和含有故障的信號頻譜圖對比分析p ，頻譜圖上有明顯的嚙合頻率及其諧波分量，由于齒輪處于空載狀態(tài)，嚙合頻率沒有被完全激發(fā)出來，幅值相對較??；但是在含有故障的頻譜圖中，嚙合頻率及其諧波分量都依然存在，而且含故障的相對應(yīng)于原始的幅值要大的多，從這一點(diǎn)上可以確定齒輪存在磨損故障。3.針對測量的滾動軸承振動信號，完成振動信號的波形分析p 和常用的有量綱指標(biāo)、無量綱指標(biāo)計(jì)算：從測量的軸承振動信號中選擇一個信號，繪制振動信號的波形，根據(jù)對波形的觀察推斷故障類型。同時(shí)，再計(jì)算該信號的有量綱指標(biāo)和無量綱指標(biāo)值。通過對本次實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的分析

12、p ，比較不同軸承/ / 狀態(tài)時(shí)有量綱指標(biāo)和無量綱指標(biāo)的變化，并選擇出對滾動軸承 狀態(tài)指示性好的指標(biāo)。對軸承數(shù)據(jù)中的第二組中的 B3010 進(jìn)行分析p 。采樣頻率：20KHz 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45-600-400-20_20_400600time/s/mv信 號 波 形 圖 18 軸承信號波形圖和鍵相信號 0 1000 20_ 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000552025_: 3923Y: 21.84frequency/Hz/mv幅 值 譜_: 3816Y: 20.36_: 405

13、3Y: 12.89_: 158.7Y: 6.523_: 502.9Y: 4.25_: 3684Y: 8.027 圖 19 軸承故障信號頻譜圖 軸轉(zhuǎn)速為 1611r/min，轉(zhuǎn)頻為 26.8555Hz 軸承型號及相關(guān)參數(shù)如下：軸承型號：6308 滾珠數(shù) Z=8 鋼球直徑 d=15mm 滾道節(jié)徑 E=65.5mm 接觸角 a=6 度。由以上參數(shù)可計(jì)算軸承的滾動體、內(nèi)圈、外圈的故障頻率。滾動體在內(nèi)滾道的通過頻率：úûùêëé+ = a cos 1 5 .0Edz f fr i=131.89Hz 滾動體在外滾道的通過頻率：ú

14、1;ùêëé- = a cos 1 5 .0Edz f fr o=82.96Hz 滾動體缺陷頻率：úúûùêêëé÷øöçèæ- = a22cos 1EdfdEf b =111.186Hz 滾道不圓頻率：rf if = = 26.8555Hz(一階)，53.711Hz（二階） 其中rf為軸回轉(zhuǎn)頻率，d 為鋼球直徑，E 為節(jié)圓直徑，a 為接觸角，i=1，2，通過分析p 所測數(shù)據(jù)的軸承的波形信號，觀測其頻譜圖，在低頻段的

15、 195.3Hz、493.2Hz 處振幅較大，其頻率在中頻段能量分布相對集中，而振動幅值較大的頻率為 3923Hz、3816Hz、3684Hz，而該頻率正好為內(nèi)圈剝落的故障頻率的 30、29和 28 倍，故推測軸承故障是內(nèi)圈剝落引起的。造成剝落的主要原因是疲勞應(yīng)力，有時(shí)也與潤滑不良或強(qiáng)迫安裝等有關(guān)。軸承不同狀態(tài)有量綱和無量綱參數(shù)對比 選擇老師給的補(bǔ)充數(shù)據(jù) C:Documents and SettingsAdministrator桌面課件診斷補(bǔ)充以前實(shí)驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)補(bǔ)充的測試數(shù)據(jù)軸承原始數(shù)據(jù)，分別對正常、外圈剝落、內(nèi)圈剝落和滾動體剝落四種狀態(tài)的不同數(shù)據(jù)求解去有量綱和無量綱參數(shù)，如表 1：表 1 軸

16、承不同狀態(tài)各種參數(shù)變化 實(shí)驗(yàn)號 均值 方差 標(biāo)準(zhǔn)差 偏斜度 峭度 峰峰值 方根幅值 平均幅值 均方幅值 峰值 波形指標(biāo) 峰值指標(biāo) 脈沖指標(biāo) 裕度指標(biāo) 正常 B4409 10.3348 69.1573 8.3161 0.1196 3.1023 61.625 5.5914 6.6108 8.3156 32.1652 1.2579 3.8681 4.8655 1.4872 B4410 10.638 93.4482 9.6669 -0.0058 3.032 74.375 6.5672 7.7325 9.6663 39.862 1.2501 4.1238 5.1551 1.4719 B4411 10.8

17、429 110.4715 10.5105 0.0272 3.0567 82.75 7.0566 8.3505 10.5099 41.7821 1.2586 3.9755 5.0035 1.4894 B4412 10.9107 114.5591 10.7032 0.0402 3.0908 83.75 7.228 8.5288 10.7026 44.7143 1.2549 4.1779 5.2427 1.4807 外圈剝落 B2709 11.7448 7294.1 85.4056 0.8867 16.2524 1171 32.4441 47.2811 85.4004 677.2552 1.8062

18、 7.9303 14.324 2.6322 B2710 12.2629 19188 138.5202 0.3225 9.1154 1.56E+03 62.2866 86.4686 138.5118 865.2371 1.6019 6.2467 10.0064 2.2238 B2711 12.2833 13725 117.153 0.4873 10.8084 1.48E+03 52.7253 72.5269 117.1458 827.7167 1.6152 7.0657 11.4126 2.2218 B2712 12.2897 24100 155.243 0.3152 7.96 1.63E+03

19、 70.8481 98.5273 155.2335 883.7103 1.5755 5.6928 8.9692 2.1911 內(nèi)圈剝落 B3009 13.7657 5718.4 75.6202 -0.0228 13.5264 1.02E+03 30.8692 43.4792 75.6156 525.7657 1.7391 6.9531 12.0924 2.4495 B3010 13.9752 3300.7 57.4519 -0.2959 12.2743 843.75 27.782 36.4435 57.4484 492.4752 1.5764 8.5725 13.5134 2.0678 B30

20、11 13.9003 3029.2 55.0377 -0.1932 16.6224 974 25.0272 33.3119 55.0344 508.1503 1.6521 9.2333 15.2543 2.199 B3012 14.0928 4526.9 67.2821 -0.4208 12.858 943.75 30.7379 41.141 67.278 526.0928 1.6353 7.8197 12.7876 2.1888 滾動體剝落 B3509 13.4421 899.0866 29.9848 0.114 11.1535 454.875 14.9645 19.4268 29.9829

21、 235.4329 1.5434 7.8522 12.119 2.0036 B3510 13.5188 1890 43.4746 0.1022 10.321 627.75 20.8657 27.6647 43.472 321.2312 1.5714 7.3894 11.6116 2.0834 B3511 13.5072 1869.9 43.2429 0.1 8.534 517.75 21.2593 28.0715 43.2402 276.9928 1.5404 6.4059 9.8674 2.0339 B3512 13.5563 1798.3 42.4063 0.0997 10.5158 68

22、9.25 20.5231 27.1383 42.4037 362.1937 1.5625 8.5416 13.3462 2.0661 圖 20 軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對比圖（去除方差） 圖 21 軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對比圖（含方差） 從圖 21 軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對比圖（含方差） 可以看出，方差的變化時(shí)最明顯的，其值隨著不同軸承狀態(tài)而有一個比較明顯的變化。為了查看其它參數(shù)的影響，把方差去掉之后，做其它參數(shù)的影響如圖 20。從上表 1 和 圖 20 軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對比圖 可以看出，均值、峰峰值、偏斜度這三個參數(shù)在軸承的不同故障狀態(tài)下有較為明顯的變化，而相比較于無量綱參數(shù)而言，無量綱參數(shù)的變化就不是那么明顯。故而對于軸承故障而言用有量綱參數(shù)方差、均值、峰峰值、偏斜度會有比較好的效果。4.針對測量的轉(zhuǎn)子振動信號，完成軸心軌跡分析p ：從測量的軸承振動信號中選擇一組信號（包括水平和垂直兩個方向），完成軸心軌跡圖并進(jìn)行分析p 。通過