故障診斷報(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(jí)碩2076學(xué)號(hào)3112301044學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)機(jī)械工程研究所智能儀器與檢測(cè)診斷研究所任課教師張西寧職稱教授

1．完成對(duì)測(cè)量到的齒輪振動(dòng)信號(hào)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(cè)試的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中選擇一信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理。對(duì)原始信號(hào)與濾波后信號(hào)進(jìn)行比較，觀察濾波前后信后的差異，濾波后的信號(hào)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(zhǎng)度，確定的長(zhǎng)度應(yīng)該確保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:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\課件\診斷\補(bǔ)充以前實(shí)驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)\補(bǔ)充的測(cè)試數(shù)據(jù)\齒輪數(shù)據(jù)\磨損\A01_0001.rvd.數(shù)據(jù)濾波處理。信號(hào)的濾波處理時(shí)消除或減弱干擾噪聲，保留有用信號(hào)的過(guò)程。低通：理想的低通濾波器能使信號(hào)中低于頻率的各頻率分量以同樣的放大倍數(shù)通過(guò)，使高于的頻率成分減少為零。這里的即為濾波器的截止頻率，的頻率范圍稱為低通濾波器的銅帶，的頻率范圍稱為低通濾波器的阻帶。對(duì)上述的信號(hào)做低通濾波（提取0~1000HZ頻率分量）的信號(hào)圖如下所示，其中輸入濾波器單位脈沖序列的長(zhǎng)度取為40?？梢钥闯觯屯V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(hào)預(yù)處理的目的。圖SEQ圖\*ARABIC1原始振動(dòng)信號(hào)圖SEQ圖\*ARABIC2信號(hào)的幅值譜圖（提取0~1000HZ頻率分量）圖SEQ圖\*ARABIC3單位脈沖響應(yīng)函數(shù)圖SEQ圖\*ARABIC4低通濾波前后信號(hào)結(jié)果對(duì)比圖SEQ圖\*ARABIC5濾波信號(hào)的傅里葉變化的譜圖帶通：帶通濾波器的通帶為和之間的頻帶，位于這個(gè)頻帶之外的頻率分量被濾除掉。本次試驗(yàn)取通帶頻率為2000~3000HZ，其中輸入濾波器單位脈沖序列的長(zhǎng)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(hào)濾除，保留下來(lái)感興趣的信號(hào)。圖SEQ圖\*ARABIC6信號(hào)的幅值譜圖（提取2000~3000HZ頻率分量）圖SEQ圖\*ARABIC7濾波器的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)圖SEQ圖\*ARABIC8帶通濾波前后信號(hào)圖對(duì)比圖SEQ圖\*ARABIC9帶通濾波后信號(hào)譜圖高通：高通濾波器恰好與低通濾波器相反，他的通帶為的頻率分量被保留，而小于這個(gè)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，其中輸入濾波器單位脈沖序列的長(zhǎng)度為40，分析結(jié)果如下。圖SEQ圖\*ARABIC10信號(hào)的幅值譜圖（提取>4000HZ頻率分量）圖SEQ圖\*ARABIC11濾波器的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)圖SEQ圖\*ARABIC12高通濾波前后信號(hào)對(duì)比圖SEQ圖\*ARABIC13高通濾波后信號(hào)譜圖總結(jié)：通過(guò)對(duì)以上低通、帶通、高通等三種濾波器的驗(yàn)證分析，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(lái)；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(shuō)明了其是區(qū)別于理想濾波器的。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(hào)預(yù)處理效果。2.完成對(duì)對(duì)測(cè)量到的齒輪振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析：從測(cè)試的對(duì)齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中選擇一信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，觀察和分析信號(hào)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(tái)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(guò)程為空載；選取測(cè)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(dòng)信號(hào)圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC14原始信號(hào)波形圖圖SEQ圖\*ARABIC15原始信號(hào)幅值譜圖圖SEQ圖\*ARABIC16低速軸信號(hào)波形圖圖SEQ圖\*ARABIC17低速軸信號(hào)幅值譜圖通過(guò)對(duì)原始信號(hào)和含有故障的信號(hào)頻譜圖對(duì)比分析，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(méi)有被完全激發(fā)出來(lái)，幅值相對(duì)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(duì)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(duì)測(cè)量的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)，完成振動(dòng)信號(hào)的波形分析和常用的有量綱指標(biāo)、無(wú)量綱指標(biāo)計(jì)算：從測(cè)量的軸承振動(dòng)信號(hào)中選擇一個(gè)信號(hào)，繪制振動(dòng)信號(hào)的波形，根據(jù)對(duì)波形的觀察推斷故障類(lèi)型。同時(shí)，再計(jì)算該信號(hào)的有量綱指標(biāo)和無(wú)量綱指標(biāo)值。通過(guò)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，比較不同軸承/狀態(tài)時(shí)有量綱指標(biāo)和無(wú)量綱指標(biāo)的變化，并選擇出對(duì)滾動(dòng)軸承狀態(tài)指示性好的指標(biāo)。對(duì)軸承數(shù)據(jù)中的第二組中的B3010進(jìn)行分析。采樣頻率：20KHz圖SEQ圖\*ARABIC18軸承信號(hào)波形圖和鍵相信號(hào)圖SEQ圖\*ARABIC19軸承故障信號(hào)頻譜圖軸轉(zhuǎn)速為1611r/min，轉(zhuǎn)頻為26.8555Hz軸承型號(hào)及相關(guān)參數(shù)如下：軸承型號(hào)：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(dòng)體、內(nèi)圈、外圈的故障頻率。滾動(dòng)體在內(nèi)滾道的通過(guò)頻率：=131.89Hz滾動(dòng)體在外滾道的通過(guò)頻率：=82.96Hz滾動(dòng)體缺陷頻率：=111.186Hz滾道不圓頻率：26.8555Hz(一階)，53.711Hz（二階）其中為軸回轉(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(guò)分析所測(cè)數(shù)據(jù)的軸承的波形信號(hào)，觀測(cè)其頻譜圖，在低頻段的195.3Hz、493.2Hz處振幅較大，其頻率在中頻段能量分布相對(duì)集中，而振動(dòng)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(cè)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(rùn)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(wú)量綱參數(shù)對(duì)比選擇老師給的補(bǔ)充數(shù)據(jù)C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\課件\診斷\補(bǔ)充以前實(shí)驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)\補(bǔ)充的測(cè)試數(shù)據(jù)\軸承原始數(shù)據(jù)，分別對(duì)正常、外圈剝落、內(nèi)圈剝落和滾動(dòng)體剝落四種狀態(tài)的不同數(shù)據(jù)求解去有量綱和無(wú)量綱參數(shù)，如REF_Ref344299281表1：表SEQ表\*ARABIC1軸承不同狀態(tài)各種參數(shù)變化實(shí)驗(yàn)號(hào)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B440910.334869.15738.31610.11963.102361.6255.59146.61088.315632.16521.25793.86814.86551.4872B441010.63893.44829.6669-0.00583.03274.3756.56727.73259.666339.8621.25014.12385.15511.4719B441110.8429110.471510.51050.02723.056782.757.05668.350510.509941.78211.25863.97555.00351.4894B441210.9107114.559110.70320.04023.090883.757.2288.528810.702644.71431.25494.17795.24271.4807外圈剝落B270911.74487294.185.40560.886716.2524117132.444147.281185.4004677.25521.80627.930314.3242.6322B271012.262919188138.52020.32259.11541.56E+0362.286686.4686138.5118865.23711.60196.246710.00642.2238B271112.283313725117.1530.487310.80841.48E+0352.725372.5269117.1458827.71671.61527.065711.41262.2218B271212.289724100155.2430.31527.961.63E+0370.848198.5273155.2335883.71031.57555.69288.96922.1911內(nèi)圈剝落B300913.76575718.475.6202-0.022813.52641.02E+0330.869243.479275.6156525.76571.73916.953112.09242.4495B301013.97523300.757.4519-0.295912.2743843.7527.78236.443557.4484492.47521.57648.572513.51342.0678B301113.90033029.255.0377-0.193216.622497425.027233.311955.0344508.15031.65219.233315.25432.199B301214.09284526.967.2821-0.420812.858943.7530.737941.14167.278526.09281.63537.819712.78762.1888滾動(dòng)體剝落B350913.4421899.086629.98480.11411.1535454.87514.964519.426829.9829235.43291.54347.852212.1192.0036B351013.5188189043.47460.102210.321627.7520.865727.664743.472321.23121.57147.389411.61162.0834B351113.50721869.943.24290.10118.534517.7521.259328.071543.2402276.99281.54046.40599.86742.0339B351213.55631798.342.40630.099710.5158689.2520.523127.138342.4037362.19371.56258.541613.34622.0661圖SEQ圖\*ARABIC20軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對(duì)比圖（去除方差）圖SEQ圖\*ARABIC21軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對(duì)比圖（含方差）從REF_Ref344300523圖21軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對(duì)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(gè)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REF_Ref344300629圖20。從上REF_Ref344299281表1和REF_Ref344299538圖20軸承不同狀態(tài)不同參數(shù)對(duì)比圖可以看出，均值、峰峰值、偏斜度這三個(gè)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(wú)量綱參數(shù)而言，無(wú)量綱參數(shù)的變化就不是那么明顯。故而對(duì)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(huì)有比較好的效果。4.針對(duì)測(cè)量的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，完成軸心軌跡分析：從測(cè)量的軸承振動(dòng)信號(hào)中選擇一組信號(hào)（包括水平和垂直兩個(gè)方向），完成軸心軌跡圖并進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)失衡模擬前后振動(dòng)數(shù)據(jù)波形、軸心軌跡等的比較，分析添加失衡質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響。選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的第五組數(shù)據(jù)；采樣頻率為2000Hz，得到其軸心軌跡及頻譜圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC22原始狀態(tài)軸心軌跡圖SEQ圖\*ARABIC23加重后轉(zhuǎn)子軸心軌跡b)圖SEQ圖\*ARABIC24加重后轉(zhuǎn)子X(jué)方向振動(dòng)a）振動(dòng)波形b)振動(dòng)幅值譜b)圖SEQ圖\*ARABIC25加重后轉(zhuǎn)子Y方向振動(dòng)a）振動(dòng)波形b)振動(dòng)幅值譜a)b)圖SEQ圖\*ARABIC26原始轉(zhuǎn)子X(jué)方向振動(dòng)a）振動(dòng)波形b)振動(dòng)幅值譜a)b)圖SEQ圖\*ARABIC27原始轉(zhuǎn)子Y方向振動(dòng)a）振動(dòng)波形b)振動(dòng)幅值譜軸心軌跡是軸心上的點(diǎn)相對(duì)于軸承座的運(yùn)動(dòng)軌跡，反映了轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動(dòng)情況。軸心軌跡結(jié)果如上圖，x方向振動(dòng)小于y方向振動(dòng)。由波形圖可知，時(shí)域波形為正弦波。從頻譜圖可知，49.8Hz時(shí)，振動(dòng)最大，其三倍頻附近150Hz也有波動(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻為50Hz，但是由于轉(zhuǎn)速存在波動(dòng)，故可以認(rèn)為最大振幅處的頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻的基頻。綜上推測(cè)轉(zhuǎn)子存在不平衡故障，不平衡的存在使得轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值更大，軸心軌跡更大。5.針對(duì)測(cè)量的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，完成自相關(guān)函數(shù)計(jì)算和頻譜插值分析：從測(cè)試轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)中選擇一信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)計(jì)算和分析，比較原始信號(hào)和相關(guān)函數(shù)的區(qū)別。觀察自相關(guān)信號(hào)與原始信號(hào)相比，是否達(dá)到了消噪和保留周期信號(hào)的目的。同時(shí)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行頻譜插值計(jì)算得到選定頻譜分量的精確幅值、頻率和相位。比較插值計(jì)算的結(jié)果與頻譜上顯示結(jié)果的