滚动轴承故障检测系统与实验研究

论文摘要

滚动轴承是旋转机械中使用最广泛,同时也是最易损坏的机械部件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承运行的状态有关,其运行状态良好与否对机器设备工作状况的影响极大。因此,进行滚动轴承故障诊断技术研究具有很强的现实意义。在本课题的研究中,首先研究了滚动轴承故障检测的理论与方法,应用共振解调原理设计了滚动轴承故障检测系统信号处理电路,其中包括电荷放大器、滤波器电路、检波电路及峰值均值电路等;其次,为使用PC机分析处理振动信号,使用具有USB控制器和A/D转换器的混合信号微处理器C8051F340,设计了一种可通过USB接口和VB6.0程序实现与PC机联机的数据采集电路。再次,编写了上位机应用软件,该软件具有实时监测、频谱分析、频谱细化、倒频谱分析及频谱平均等功能。最后,将本系统应用于滚动轴承振动测试实验,针对具有典型故障的轴承进行实验测量,测量结果与理论计算值基本吻合,验证了本故障诊断系统的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 轴承故障诊断技术的目的和意义
• 1.2 轴承故障诊断的研究历程和发展趋势
• 1.3 本文主要的研究内容
• 第2章 滚动轴承故障诊断的基本理论与基本方法
• 2.1 滚动轴承失效的主要形式及原因
• 2.2 滚动轴承结构及故障特征频率计算
• 2.3 滚动轴承故障诊断方法
• 2.4 滚动轴承振动信号测量
• 2.4.1 传感器及测点的选择
• 2.4.2 滚动轴承故障信号频带的划分
• 2.5 滚动轴承振动信号分析诊断方法
• 2.5.1 滚动轴承故障的判定标准
• 2.5.2 振动信号简易诊断法
• 2.5.3 滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM 法）
• 2.5.4 滚动轴承共振解调诊断法（IFD 法）
• 第3章 滚动轴承故障检测系统模拟信号处理电路设计
• 3.1 滚动轴承故障检测系统模拟信号处理电路框图
• 3.2 压电加速度传感器介绍
• 3.2.1 压电加速度传感器的原理
• 3.2.2 电荷放大器
• 3.3 滤波器电路设计
• 3.3.1 二阶压控电压源LPF 电路设计
• 3.3.2 二阶压控电压源HPF 电路设计
• 3.3.3 状态变量滤波器电路设计
• 3.4 中心频率可调可显的带通滤波器设计
• 3.4.1 控制及显示器电路设计
• 3.4.2 方案一：数字电位器控制电路
• 3.4.3 方案二：多路开关选择电路
• 3.5 功能电路模块设计
• 3.5.1 全波检波电路
• 3.5.2 峰值保持电路
• 3.5.3 均方根值电路
• 第4章 滚动轴承故障检测系统数据采集及通信模块设计
• 4.1 滚动轴承故障检测系统数据采集模块设计
• 4.1.1 C8051F340 单片机ADC 数据采集系统介绍
• 4.1.2 电压调理电路及数据采集电路设计
• 4.2 USB 通信模块
• 第5章 滚动轴承故障检测系统应用程序设计
• 5.1 实时监测程序设计
• 5.2 快速傅里叶变换FFT
• 5.3 移频ZOOM-FFT
• 5.4 FFT 平均
• 5.5 倒频谱分析
• 5.5.1 倒频谱分析原理及实现方法
• 5.5.2 倒频谱分析实验
• 第6章 实验及结果分析
• 6.1 实验装置
• 6.2 实验目的与实验方法
• 6.3 实验内容
• 6.3.1 确定滚动轴承故障检测系统的共振频率
• 6.3.2 测量故障轴承包络信号的频率
• 6.3.3 测量结果与理论计算值对比
• 6.4 实验结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢