[NI技术]基于虚拟仪器的滚针轴承的故障诊断系统的开发

1、NI技术基于虚拟仪器的滚针 轴承的故障诊断系统 的开发本应用方案首先运 用NI公司的一种便 携式USB四通道数 据采集卡，对参数实 时采集，并运用高级 信号处理中的各函数 对信号进行分层、分 阶段、分类处理，接 着运用频谱分析方法 做进一步分析处理， 这样就可以综合处理 处理采集信号，比较 精确地判断故障类 型，以供滚针轴承开 发者和使用者参考， 提高机器的综合性能 和使用寿命。- 杜 春英,The Challenge:国内外虽然有几种滚 针轴承测试系统，但 只是针对某一参数进 行检测，针对滚针轴 承的故障诊断往往需 要多种参数综合评结构示意图价，所以急需开发一 种多功能滚针轴承测 试系统。T

2、he Solution:在滚针轴承测试台上 使用NI公司的信号 采集卡对多种信号进 行采集，使用NI的 图形化编程软件 LABVIEW进行 测试过程的控制，数 据的存储、分析判断 处理，从而开发出一 套灵活、自动化测试 系统。Author (s):杜 春英 -1. 滚针轴承测试台的工 作原理及测试要求轴承检测系统的功能 要求：对滚针轴承的 三种参数振动、噪 声、转速进行采集和 判断。摩托车连杆大 头端滚针轴承是一种 无内外圈的滚针轴 承，其故障主要是保 持架和滚针单一故障 或者两只兼有。其表 现出来的特征主要有 油温突增、振动和噪 声异常、轴向或径向 漂移等。但是目前滚 针轴承检测存在的问 题

3、是检测指标单一、 自动化程度低等，严 重影响摩托车企业的 成产及开发新产品的 效率。而应用 labview程序 对滚针轴承检测过程 进行实施监控并把合 格与非合格品自动做 出分类。效率高，可 靠性好并大大节省了 人工成本。检测系统 的结构示意图如图1 所示：根据滚针轴承检测台 的工作原理，对测试 系统的基本要求如 下：1. ）提供220v交流 电源，为滚针轴承测 试台运转提供工作电 源。2. ）提供信号处理装 置，为采集信号做前 期处理。3. ）提供声级计，对噪 声进行采集。4. ）可以同时采集3路 信号。5. ）整个测试系统放在 一个隔音罩内进行。6. 方案设计根据以往测试系统的 情况，对本

4、套开发的 系统希望达到如下效 果：1. ）可靠稳定性好，检 测标准与实际应用高 度相关。2. ）自动化程度高，尽 量减少人工因素的影 响。3. ）高效率，尽量减少 每一个轴承的检测时 间。通过对测试要求的分 析，虚拟仪器技术非 常符合方案的要求， 并能够较好的达到方 案预期的效果。NI 公司有着丰富的虚拟 仪器测试、测量产品 线，可以给我们提供 较大的选择空间， LABVIEW是一 个易学易用的开发平 台，可以快速的制作 出复杂有效且易于操 作的测试系统。因此 我们决定选择NI公 司的软硬件平台开发 新的测试系统。总体方案设计如图所 示1/3首先由电机带动装有 滚针轴承的检测系统 转动起来产生

5、待采集 信号，通过加速度传 感器、声级计和光电 传感器将信号通过信 号采集卡采集到上位 机中进行分析，需要 说明的是由于加速度 传感器产生的信号很 微弱，在进入计算机 之前需要通过信号调 理器的预处理。用 labview软件 包中的各种处理方法 对信号进行分析，就 可以判断出滚针轴承 的合格品与非合格品 了。3.信号的采集与分 析对滚针轴承测试最关 键的一点就是对三种 信号的一个同时采集 问题，为了方便又可 以满足测试要求，我 选用NI公司的一种 便携式USB四通道 采集卡，这种采集卡 的特点是稳定性好、 占用空间小并且携带 方便。因为在低频下 轴承的轴向跳动比较 明显，高频下振动比 较明显，

6、我们选用 5000的采样率。 为了减少信号处理的 工作量，每次尽量采 集转速稳定的一段信 号。在对信号处理方面， 利用LABVIEW 丰富的信号分析处理 函数，对信号的时频 域特性、小波特性等 进行分析，然后与标 准信号进行比较，从 而判断信号是否合 格。4.软件设计和实现测试软件由 LABVIEW平台 进行开发，它将各个 测试模块有效的连接 起来，对测试过程进 行控制，并将测试结 果显示在上位机屏 幕。测试完成时，将 测试的各个参数和结 果以多种形式储存在 电脑中，以便后续的 核查使用。软件设计主要由数据 采集模块、数据分析 模块、数据显示和保 存模块三部分构成。 在程序编制过程中采 用了事

7、件结构。在数据采集模块中， 按照一定的规范设置 参数，如采样频率、 采样数、触发方式和 采集到的数据格式 等。在数据分析模块中， 首先从数据采集模块 中读取数据，得到原 始数据后，利用 LABVIEW中带 的函数进行分析处 理，如对三种进行同 步处理、频谱分析、 小波分析等，综合处 理得到的结果，对振 动、噪声、转速信号 是否合格进行分析。在数据显示和保存模 块中，对采集到的原 始数据和处理后的数 据以表格、图表等方 式进行显示和保存。图3 部分原始图图4 处理后部分图2/3结论：通过NI公司先进的 测试设备，能够准确 而快速地对硬件进行 控制和数据采集； DAQmx与 LABVIEW2012 软件开发平台有效结 合，通过滚针滚针轴 承测试台，实现三种 信号的同时采集与处 理。软件结构功能强 大，稳定可靠，易于 修改，即使一线工 人，通过简短的培训 也可以操作自如。Author Information:杜 春 英结构示意图LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED AS IS