机电设备实验报告

实验一振动检测故障诊断

一、实验内容与目的

1、了解振动信号采集、分析与处理的整个过程及注意事项；

2、了解并掌握测试仪器的连接、信号的敏感参数选取、测点布置及各注意事项；

3、掌握信号的时域分析、频域分析理论与特点。

二、实验设备

⑴振动实验台，电机及数据线等；

⑵振动加速度传感器YD36（2只）：电荷灵敏度SC=7.99 PC/m.s-2；

⑶DLF2通道四合一放大滤波器；

⑷INV306DF 16通道智能信号采集仪；

⑸Coinv Dasp2003专业版信号采集分析与处理系统。

信号采集与分析系统基本框图如图1－1所示。

图1 信号采集与分析系统框图

另外，简易诊断设备有BZ－8701A便携式测振仪。

三、实验原理

1、振动测量敏感参数的选取

常用的振动测量参数有加速度a(t)、速度v(t)和位移x(t)。假定振动位移信号x(t)为：

x(t)= Asin(ωt+ϕ) （1）

则振动速度信号为：v(t) = Aωcos(ωt+ϕ) （2）

ωsin(ωt+ϕ) （3）

振动加速度信号为：a(t) =-A2

由上式可知，当传感器拾取的信号很微弱时，位移信号x(t)和速度信号v(t)幅值很小，由于频率的放大作用，加速度的信号的幅值相比相应的位移和速度分量的幅值要大得多，加速度参数在高频范围更加敏感，所以选择加速度振动信号。实用上，参数的选定可参考以下频率范围进行：

低频范围（10～100Hz）―位移参数；

中频范围（10～1000Hz）―速度或称振动烈度（Vrms）；

高频范围（＞1000Hz）―加速度参数。

2、振动信号分析与处理（傅里叶级数）

对于一个复杂的周期振动信号可以用傅里叶级数展开，即可将这个信号分解成许多不同的频率的正弦和余弦的线性叠加。

四、实验步骤

1、根据选取的敏感参数选择振动传感器；

2、合理布置测点，测点布置的是否合理，直接关系到采集信号的真空性。要注意以下：

⑴所布置的测点要固定，且固定面要光滑、绝缘，并且要用特殊明显的标记符号标出。因为测点位置不同，测出来的信号也不同。

⑵测点应布置在反映振动特征最敏感的部位。一般轴承是反映振动诊断信息

最集中和最敏感的部位，因此把风机和电机的轴承座列为主要测点。

⑶测点应选在与轴承座联接刚度较高的地方或箱体上的适当位置，而且安装面要光滑。

⑷振动信号通过不同零件联接的界面一次，其振动能量就损失约80%左右，所以在选择测点时应注意尽是减少中间界面。

⑸尽量保持每次测量时机器的工况条件、测量参数、使用的测量仪器和测量方法（如传感器的固定方法）相同。

这样才能保证每次所测量数据的真实性及相互可比性。

3、测试仪器选择与布置

测试仪器应选择分辨率、灵敏度较高的仪器。布置时，应尽量减小电噪声的干扰和外来噪声的干扰，以及数据通道之间的信号干扰等。

4、信号的示波、分析与处理。

五、实验注意事项

1、安装传感器时，千万不要与机器的转动部件相接触；

2、连接各测试仪器时，要注意断电，待连接完毕并经检查确认连接无误时，接通电源；

3、测试仪器要轻拿、轻放，特别要注意传感器安装时要放稳、放平；

4、实验完毕时，先断电，然后拆线，放好各测试仪器。

实验二机床轴承故障诊断

一、实验目的

1、熟悉实验室故障诊断平台以及常用仪器仪表；

2、了解滚动轴承的基本知识以及不同形式的故障轴承；

3、学习基于振动分析常用的诊断方法；

4、理解轴承故障的在线诊断技术及方法；

5、掌握信号的调制与解调原理与方法。

二、实验要求

1、熟悉实验流程及安全操作要求，实验前正确校准系统；

2、正确布置测点位置；

3、选取合适的采样参数；

4、仪器必须接地。

三、实验理论知识

1、正常轴承的振动信号特征

正常的轴承也有相当复杂的振动和噪声。有些是由轴承本身结构特征引起的；有些和制造装配有关，如滚动体和滚道的表面波纹、表面粗糙度以及几何精度不高，在运转中都会引起振动和噪声。

⑴轴承结构特征引起的振动

滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载的滚子数目不同，因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动，振动频率Zfoc（图1），要减少这种振动的振幅可采用游隙较小的轴承或加预紧力去除游隙。

图1 滚动轴承的承载刚度与滚子位置的关系

⑵轴承刚度非线性引起的振动

滚动轴承的轴向刚度常呈非线性（图2），特别是当润滑不良时，易产生异常的轴向振动。在刚度曲线呈对称非线性时，振动频率为fn，2fn，3fn，……；在刚度曲线呈非对称非线性时，振动频率为fn，1/2fn，1/3fn，……,分数谐频（fn为轴回转频率）。这是一种自激振动，常发生在深沟球轴承，自调心球轴承和滚柱轴承不常发生。

图2 轴承的轴向刚度

2、轴承制造装配的原因

⑴加工面波纹度引起的振动

由轴承零件的加工面的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较常见。这些缺陷引起的振动为高频振动，高频振动及轴心的振摆不仅会引起轴承的径向振动，在一定条件下还会引起轴向振动。表1列出的振动频率与波纹度峰数的关系。表中n为正整数、Z为球数、fic为单个滚动体在内圈滚道上的通过频率、fc为保持架转速、fbc为滚动体相对于保持架的转动频率。

如图3所示，当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起轴承振动，振动频率为nfn，fn为轴回转频率，n=1,2，…。

图3 轴承偏心引起的轴承振动

⑶滚动体大小不均匀引起轴心摆动

滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有支承刚性的变化。振动频率为fc 和fc±fn，n=1,2，…，此处fc为保持架回转频率，fn为轴回转频率

⑷轴弯曲引起轴承偏斜

轴弯曲引起轴上所装轴承偏移，造成轴承振动。

滚动轴承在运转中，由于各种原因会产生振动和噪声。轴承声响有如下几种：

①轴承本质声音：滚道声、碾轧声；

②与制造有关的声音：保持架声音、高频振动声；

③与使用有关的声音：伤痕声、尘埃声。

2、滚动轴承的振动测量与简易诊断