机械监测诊断理论与技术

机械监测诊断理论与技术实验报告姓名：董渊哲班级：硕2076组号：第6组学号：3112301045

《检测诊断理论与技术》课程实验说明实验目的通过实验学习和掌握监测诊断中机械振动的测量方法，掌和频域分析方法；同时，通过实验得到对象在不同状态下的本门课程中所学到的各种监测诊断方法应用提供部分原始信的目的如下：1.学习和掌握采用压电加速度传感器测量机械振动；2.学习和掌握采用电涡流位移传感器测量回转机械振动3.学习和掌握振动信号的数字滤波处理方法；4.学习和掌握机械振动信号的频域分析和频谱插值方法5.学习和掌握时域参数计算方法；6.学习和掌握机械振动信号的相关分析；7.学习和掌握回转机械基本的轴心轨迹分析方法；二、实验内容1.完成减速箱振动加速度信号2.完成滚动轴承振动加速度信3.完成转子振动信号的测试。三、实验数据分析报告内容1．完成对测量到的齿轮振动信号的数字滤波处理（低通、高通和带通数字滤波处理结果比较）2.完成对对测量到的齿轮振动信号的频谱分析3.针对测量的滚动轴承振动信号，完成振动信号的波形分析和常用的有量纲指标、无量纲指标计算4.针对测量的转子振动信号，完成轴心轨迹分析5.针对测量的转子振动信号，完成自相关函数计算和频谱插值分析实验一齿轮振动诊断实验一、实验目的：1.学习和掌握采用压电加速度传感器测量机械振动；2.学习和掌握振动信号的数字滤波处理方法；3.学习和掌握机械振动信号的频域分析方法。二、实验内容本实验分别对正常和故障状态齿轮进行了信号测量。实验对象为齿轮箱的输入轴，采用的是后五组实验数据，采样频率为15000Hz，传感器位置及各个齿轮齿数如图1所示。齿轮各轴转频及啮合频率分别如表1.1和表1.2所示。然后分别用数字滤波和振动信号的频域分析方法对采集到的齿轮振动信号进行处理和分析。图1.1传感器位置及齿轮齿数表1.1齿轮各轴转频表1.2啮合频率三、实验分析1.齿轮振动信号的数字滤波处理实验采集了多组数据，现取出其中比较典型的数据进行分析，采样频率：15000HZ数据长度：8000，其中包含故障齿轮箱高速轴低速轴(故障轴)实验数据、以及正常齿轮箱低速轴实验数据。本次试验采用的是后五组数据。在MATLAB中绘出得到故障齿轮低速轴振动信号的波形图如图1.2所示。图1.2振动信号的时域波形图附：clearallt=(0:1/15000:7999/15000)y=load('lower.txt')figureplot(t,y)1)低通数字滤波：用鼠标在谱图上选择滤波的截止频率如图1.3所示。图1.3选择滤波器的截止频率滤波器单位脉冲响应序列的长度为100，得到单位脉冲响应函数如图1.4所示。图1.4滤波器的单位脉冲响应函数低通滤波结果比较如图1.5所示。图1.5低通滤波器结果比较从图1.5中可以看出低通滤波后信号中只保留了所选的低频分量。2)高通数字滤波：用鼠标在谱图上选择滤波的截止频率如图1.6所示。图1.6选择滤波器的截止频率滤波器单位脉冲响应序列的长度为100，得到单位脉冲响应函数如图1.7所示。图1.7滤波器的单位脉冲响应函数高通滤波结果比较如图1.8所示。图1.8高通滤波器结果比较从图1.8中可以看出高通滤波后信号中只保留了所选的高频分量。2)带通数字滤波：用鼠标在谱图上选择滤波的截止频率如图1.9所示。其中：X=1.0e+003*2.33644.4378temp=2.3364e+003X=1.0e+003*6.45626.7880图1.9选择滤波器的截止频率滤波器单位脉冲响应序列的长度为100，得到单位脉冲响应函数如图1.10所示。图1.10滤波器的单位脉冲响应函数带通滤波结果比较如图1.11所示。图1.11带通滤波器结果比较从图1.11中可以看出带通滤波后信号中只保留了所选的频率分量。2.齿轮振动信号的频谱分析振动信号的幅值谱图如图1.12所示。图1.12振动信号的幅值谱图从图中可以看到762HZ及1522两个幅值明显较大的频率，且有较明显的变频带，存在着调制现象，750Hz为齿轮副1/2的啮合频率，较小的频率簇集中在1522～3200Hz之间，所有频率集中在5000Hz以下；在齿轮波形的时域波形中有较为明显的以齿轮转频为周期的冲击现象，由此可判断出齿轮存在着断齿。

实验二滚动轴承振动诊断试验一、实验目的：1.学习和掌握采用压电加速度传感器测量机械振动；2.学习和掌握机械振动信号的频域分析方法；3.学习和掌握时域参数计算方法。二、实验内容通过压电加速度传感器测量滚动轴承的机械振动信号，轴承型号：6308滚珠数Z=8钢球直径d=15mm滚道节径E=65.5mm接触角a=6度，采用的是第一组人员数据，采样频率是10240Hz，然后通过时域参数和频域分析对振动信号进行分析。轴承的特征频率为：外圈故障特征频率：fo=80.6Hz，内圈故障特征频率：fi=129Hz，滚动体故障特征频率：fe=53.7Hz。三、实验分析由MATLAB程序可得信号的时域波形如图2.1所示，信号的幅值谱如图2.2所示。图2.1振动信号的时域波形图图2.2振动信号的幅值谱图该信号的有量纲指标和无量纲指标计算值如表2.1所示。表2.1有量纲指标和无量纲指标计算值MeanValueStdValueVarValueSkewnessValuekurtosisValueP_PValueXrValue-30.4388109.91071.2080e+0040.556813.67291.4835e+00348.4599XmeanValueXrmsValueXpValueKValueCValueIValueLValue65.7345109.9040816.72881.67197.431312.42472.2679(1)从信号的时域波形和频域波形中可以看出该轴承信号较为复杂，说明该轴承包含了各种的故障，但该振动信号的时域波形具有较明显的周期性冲击与调制现象(衰减脉冲周期约为0.0124秒)，冲击最大幅值近似相等，冲击衰减振荡信号出现的周期与外圈的特征频率一致(80.6Hz)，所以与轴承外圈剥落的信号最为相似；(2)从轴承的有量纲指标和无量纲指标计算值，可以看出与轴承外圈故障的有量纲指标和无量纲指标计算值最为接近；所以综上所述该轴承故障主要是轴承外圈剥落方面的问题。

实验三回转机械振动测试实验一、实验目的：1.学习和掌握采用电涡流位移传感器测量回转机械振动信号；2.学习和掌握机械振动信号的频谱插值方法；3.学习和掌握机械振动信号的相关分析；4.学习和掌握回转机械基本的轴心轨迹分析方法。二、实验内容完成对转子振动位移信号的测试，采用电涡流位移传感器测量转子的x,y方向的位移。本实验数据分析采用第六组实验数据，采样频率为2000Hz，采样长度为2048，灵敏度为8mv/um。三、实验分析(1)轴心轨迹的绘制由于老师给的MATLAB程序在处理我的转子数据时出现了问题，因此通过查阅相关的资料我自己编了处理转子数据的MATLAB程序，首先得到转子的轴心轨迹如图3.1所示。图3.1转子轴心轨迹图从转子的轴心轨迹中可以看出转子轴心轨迹近似为一个椭圆说明存在着较大的不平衡，且从图3.7中可以看到频域图中能量集中在1倍频处同时还出现了较小的高次谐波更说明了转子存在的不平衡。(2)转子信号的自相关分析这里选用水平振动方向的转子信号，得到振动信号的波形图如图3.2所示。图3.2转子振动信号的波形图相关函数(调用函数计算)如图3.3所示。图3.3转子振动信号的相关函数(调用函数计算)相关函数(按公式计算)如图3.4所示。图3.4转子振动信号的相关函数(按公式计算)循环相关函数(按公式计算)如图3.5所示。图3.5转子振动信号的循环相关函数(按公式计算)从以上图形中可以看出自相关信号与原信号相比，达到了消噪和保留周期信号的目的。(3)转子信号的频谱插值计算选择与做自相关分析相同的信号进行频谱插值计算。振动信号的波形图如图3.6所示。图3.6转子振动信号的波形图转子振动信号的频域图如图3.7所示。图3.7转子振动信号的频域图选择频谱分量插值前的频率/Hz、幅值和相位/o是：fp=207.5195am=4.5307e+003ph=161.9244选择频谱分量插值前的频率/Hz、幅值和相位/o是：fp=208.0032am=4.8370e+00