轴承振动数据采集分析系统

论文摘要

轴承是工程中的重要部件，广泛应用于机械、航空、电力、运输、纺织等工程领域，它的任何故障都会造成巨大经济损失甚至灾难性的破坏。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约70％的机械故障是由于滚动轴承而引起的，它的稳定性、安全性、可靠性对安全生产、高效率、低功耗具有重要意义。因此，针对滚动轴承振动监测的研究是很有必要，很有实际意义的。本文采用了当今对轴承监测最有效的方法——振动分析法，基于LabVIEW开发了一套轴承振动数据采集分析系统，下位机采用32位的STM32F103微处理器进行数据的采样，并通过RS232或USB接口与上位机通信，实现信号数据的传输，上位机软件开发基于LabVIEW平台，对测试信号进行时域显示和频域分析处理，达到对轴承运行状态监测的目的。工作内容主要分为硬件设计和软件设计两部分。论文主要进行了以下几方面的工作：1.论述了振动数据采集分析系统研究的意义和轴承振动测试的相关理论。2.设计并制作以STM32F103微处理器为核心的信号采集电路，对信号进行A/D转换及与上位机RS232或USB通信。3.编制PC端LabVIEW程序，实现对振动信号进行分析和显示等功能。本系统主要适用于对滚动轴承振动信号的采集分析和故障诊断。采用STM32F103系列高性能的ARM Cortex-M332位的RISC内核，进行数据的采集，保证了数据分析的处理速度。上位机软件开发基于虚拟仪器LabVIEW开发平台，它具有强大的图形化编程功能和友好的人机界面，能够对振动数据进行实时显示、时域分析、频域分析、数据存储等，很好地完成了对轴承的振动测试分析。软件采用模块化设计思想，使系统的维护、改进和功能扩展十分方便。系统功能通过实验获得了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 滚动轴承故障监测与诊断现状
• 1.2.2 滚动轴承诊断技术的发展
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章 滚动轴承故障振动测试理论分析
• 2.1 滚动轴承故障的主要形式
• 2.2 滚动轴承的振动机理
• 2.3 轴承振动信号的特征
• 2.3.1 正常轴承的振动信号特征
• 2.3.2 故障轴承的振动信号特征
• 2.4 滚动轴承故障诊断的过程
• 2.5 滚动轴承故障诊断的方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 硬件系统总体结构
• 3.2 ARM7 核心电路设计
• 3.2.1 微处理器选型
• 3.2.2 电源电路原理图
• 3.2.3 复位监控电路设计
• 3.2.4 时钟电路设计
• 3.3 ADC 转化模块部分
• 3.4 与 PC 机通信部分
• 3.5 JTAG 仿真调试硬件接口
• 3.6 本章小结
• 第四章 信号处理与数据分析方法
• 4.1 信号时域处理方法
• 4.1.1 峰－峰值分析
• 4.1.2 平均值
• 4.1.3 绝对平均值
• 4.1.4 有效值
• 4.2 信号的加窗处理
• 4.3 振动信号的幅域处理
• 4.4 振动信号的频谱分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 下位机软件构架设计
• 5.2 LabVIEW 开发平台介绍
• 5.3 滚动轴承振动数据采集分析系统总体设计
• 5.4 上位机通讯软件设计
• 5.4.1 RS232 通讯程序设计
• 5.4.2 USB 通讯软件设计
• 5.5 数据与波形显示
• 5.6 数据的存储与读取
• 5.7 LabVIEW 与数据库接口程序设计
• 5.7.1 ADO 访问数据库技术
• 5.7.2 LabVIEW 与数据库的接口设计
• 5.8 系统的分析与处理
• 5.9 数据采集系统的前面板设计
• 5.10 数据采集系统的后面板设计
• 5.11 本章小结
• 第六章 系统的测试实验和测试结果分析
• 6.1 系统构成及测试对象
• 6.2 实验数据分析
• 6.2.1 实验基本参数
• 6.2.2 数据的时、频域图象及故障分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文