機(jī)械故障診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、目錄實(shí)驗(yàn)一 常用振動(dòng)診斷儀器1實(shí)驗(yàn)二 振動(dòng)信號(hào)的采集和預(yù)處理.3 實(shí)驗(yàn)三 滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)和油膜振蕩.6實(shí)驗(yàn)四 軸承故障診斷分析10實(shí)驗(yàn)五 齒輪故障診斷分析13實(shí)驗(yàn)六 轉(zhuǎn)子不平衡的故障特征16實(shí)驗(yàn)一 常用振動(dòng)診斷儀器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義通過(guò)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，了解振動(dòng)測(cè)試儀器的使用方法、測(cè)點(diǎn)的位置選擇、振動(dòng)信號(hào)的分析方法，初步理解機(jī)械振動(dòng)功率譜的物理意義，加深對(duì)機(jī)械故障振動(dòng)診斷技術(shù)掌握。二、實(shí)驗(yàn)基本原理與方法基本原理：機(jī)械設(shè)備的外部振動(dòng)信號(hào)可以反映機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的狀態(tài)變化。通過(guò)測(cè)量機(jī)械設(shè)備外部的信號(hào)并加以處理，可以識(shí)別設(shè)備振動(dòng)激勵(lì)源、振動(dòng)傳遞途徑和狀態(tài)變化。方法：將振動(dòng)傳感器安裝在綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械設(shè)備上

2、，測(cè)量不同位置的振動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)的相關(guān)分析、功率譜分析等，得出機(jī)器不同位置的振動(dòng)信號(hào)特征，最后選擇出較好的機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。三、主要儀器和耗材主要儀器：計(jì)算機(jī)、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電荷放大器、振動(dòng)壓電加速度傳感器。(記下儀器名稱)耗材：信號(hào)線、磁座、鑷子、砂紙、抹布等。地點(diǎn)：機(jī)電系實(shí)驗(yàn)室一樓，機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)方案與技術(shù)路線實(shí)驗(yàn)方案：（1）敲擊實(shí)驗(yàn)：用錘子對(duì)傳感器安裝點(diǎn)附近進(jìn)行敲擊。（2）改變采樣頻率，分別測(cè)取時(shí)間歷程，并做頻譜分析。技術(shù)路線:1在綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上選擇振動(dòng)測(cè)點(diǎn)；2安裝傳感器，用信號(hào)線聯(lián)接傳感器、放大器、信號(hào)調(diào)理儀器、計(jì)算機(jī)等；3啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入測(cè)試界面；4設(shè)置相關(guān)測(cè)試參數(shù)

3、；5啟動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)器實(shí)驗(yàn)臺(tái)；6等電機(jī)工作穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)試；7觀察測(cè)試過(guò)程中的時(shí)間曲線和對(duì)應(yīng)的頻域譜圖；8分析頻域譜圖上的譜線產(chǎn)生的原因。（利用計(jì)算機(jī)畫(huà)出時(shí)間曲線和對(duì)應(yīng)的頻域譜圖，回去分析）思考題：1、從頻域譜圖上看，有沒(méi)有機(jī)械松動(dòng)的現(xiàn)象？為什么？時(shí)間曲線能否反映這種現(xiàn)象？2、本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械振動(dòng)，有沒(méi)有電磁激勵(lì)引起的頻率成分？為什么？3、從敲擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你有什么新的認(rèn)識(shí)？4、你能分辨出有關(guān)的滾動(dòng)軸承通過(guò)振動(dòng)頻率成分嗎？為什么？5、畫(huà)出振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖。實(shí)驗(yàn)二振動(dòng)信號(hào)的采集和預(yù)處理一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目的1、 了解振動(dòng)信號(hào)采集、分析與處理的整個(gè)過(guò)程及注意事項(xiàng)；2、 了解并掌握測(cè)試儀器的連接、信

4、號(hào)的敏感參數(shù)選取、測(cè)點(diǎn)布置及各注意事項(xiàng)；3、 掌握信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析理論與特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電機(jī)及數(shù)據(jù)線等；（2）振動(dòng)加速度傳感器YD36（2只）：電荷靈敏度SC=7.99PC/m.s-2；（3）DLF2通道四合一放大濾波器；（4）INV306DF16通道智能信號(hào)采集儀；（5）Coinv Dasp2003專業(yè)版信號(hào)采集分析與處理系統(tǒng)。信號(hào)采集與分析系統(tǒng)基本框圖如圖11所示。振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)圖11信號(hào)采集與分析系統(tǒng)框圖9數(shù)據(jù)線DLF2放大器電腦及DASP2003信號(hào)采集分析與處理系統(tǒng)INV306采集儀YD36傳感器另外，簡(jiǎn)易診斷設(shè)備有BZ8701A便攜式測(cè)振儀。三、實(shí)驗(yàn)原理1、

5、振動(dòng)測(cè)量敏感參數(shù)的選取常用的振動(dòng)測(cè)量參數(shù)有加速度、速度和位移。假定振動(dòng)位移信號(hào)為：（11）則振動(dòng)速度信號(hào)為：（12）振動(dòng)加速度信號(hào)為：（13）由上式可知，當(dāng)傳感器拾取的信號(hào)很微弱時(shí)，位移信號(hào)和速度信號(hào)幅值很小，由于頻率的放大作用，加速度的信號(hào)的幅值相比相應(yīng)的位移和速度分量的幅值要大得多，加速度參數(shù)在高頻范圍更加敏感，所以選擇加速度振動(dòng)信號(hào)。實(shí)用上，參數(shù)的選定可參考以下頻率范圍進(jìn)行：低頻范圍（10100Hz）位移參數(shù)（，等）；中頻范圍（101000Hz）速度或稱振動(dòng)烈度（）；高頻范圍（1000Hz）加速度參數(shù)（，）2、振動(dòng)信號(hào)分析與處理（傅里葉級(jí)數(shù)）對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的周期振動(dòng)信號(hào)可以用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)

6、，即可將這個(gè)信號(hào)分解成許多不同的頻率的正弦和余弦的線性疊加，即： （14）因此，用傅里級(jí)數(shù)法求頻譜，實(shí)際上就是求傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)、和，即：（15）則傅里葉級(jí)數(shù)的頻譜幅值等于：（16）傅里葉級(jí)數(shù)的相位譜為：（17）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 根據(jù)選取的敏感參數(shù)選擇振動(dòng)傳感器；2、 合理布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置的是否合理，直接關(guān)系到采集信號(hào)的真空性。要注意以下：（1）所布置的測(cè)點(diǎn)要固定，且固定面要光滑、絕緣，并且要用特殊明顯的標(biāo)記符號(hào)標(biāo)出。因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)位置不同，測(cè)出來(lái)的信號(hào)也不同。（2）測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在反映振動(dòng)特征最敏感的部位。一般軸承是反映振動(dòng)診斷信息最集中和最敏感的部位，因此把風(fēng)機(jī)和電機(jī)的軸承座列為主要測(cè)點(diǎn)。（3）測(cè)

7、點(diǎn)應(yīng)選在與軸承座聯(lián)接剛度較高的地方或箱體上的適當(dāng)位置，而且安裝面要光滑。（4）振動(dòng)信號(hào)通過(guò)不同零件聯(lián)接的界面一次，其振動(dòng)能量就損失約80%左右，所以在選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意盡是減少中間界面。（5）盡量保持每次測(cè)量時(shí)機(jī)器的工況條件、測(cè)量參數(shù)、使用的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法（如傳感器的固定方法）相同。這樣才能保證每次所測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性及相互可比性。3、 測(cè)試儀器選擇與布置測(cè)試儀器應(yīng)選擇分辨率、靈敏度較高的儀器。布置時(shí)，應(yīng)盡量減小電噪聲的干擾和外來(lái)噪聲的干擾，以及數(shù)據(jù)通道之間的信號(hào)干擾等。4、信號(hào)的示波、分析與處理。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 安裝傳感器時(shí)，千萬(wàn)不要與機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)部件相接觸；2、 連接各測(cè)試儀器時(shí)，要注

8、意斷電，待連接完畢并經(jīng)檢查確認(rèn)連接無(wú)誤時(shí)，接通電源；3、 測(cè)試儀器要輕拿、輕放，特別要注意傳感器安裝時(shí)要放穩(wěn)、放平；4、 實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)，先斷電，然后拆線，放好各測(cè)試儀器。實(shí)驗(yàn)三 滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)和油膜振蕩一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)滑動(dòng)軸承發(fā)生油膜渦動(dòng)、油膜振蕩的現(xiàn)象；2、觀察轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜渦動(dòng)、油膜振蕩振動(dòng)幅值和相位以及軸心軌跡的變化情況；3、分析轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動(dòng)、油膜振蕩的規(guī)律及特點(diǎn)；二、實(shí)驗(yàn)儀器INV1612型多功能柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)、數(shù)顯式調(diào)速器、光電傳感器、電渦流傳感器、振動(dòng)傳感器、INV306U-5164 采集儀、INV 多功能濾波放大器、分析軟件。三、實(shí)驗(yàn)原理油膜渦動(dòng)：對(duì)于滑動(dòng)軸承受到動(dòng)載荷

9、時(shí)，軸頸會(huì)隨著載荷的變化而移動(dòng)位置。移動(dòng)產(chǎn)生慣性力，此時(shí)，慣性力也成為載荷，且為動(dòng)載荷，取決于軸頸本身的移動(dòng)。軸頸軸承在外載荷作用下，軸頸中心相對(duì)于軸承中心偏移一定的位置而運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)施加一擾動(dòng)力，軸頸中心將偏離原平衡位置。若這樣的擾動(dòng)最終能回到原來(lái)的位置或在一個(gè)新的平衡點(diǎn)保持不變，即此軸承是穩(wěn)定的；反之，是不穩(wěn)定的。后者的狀態(tài)為軸頸中心繞著平衡位置運(yùn)動(dòng)，稱為“渦動(dòng)”。渦動(dòng)可能持續(xù)下去，也可能很快地導(dǎo)致軸頸和軸承套的接觸。油膜振蕩：高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子常用流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承支承，設(shè)計(jì)不當(dāng)，軸承油膜常會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)與共振不同，它不是強(qiáng)迫振動(dòng)，而是由軸承油膜引起的旋轉(zhuǎn)軸自激振動(dòng)，所以稱為

10、油膜振蕩?！坝湍ふ袷帯笨僧a(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)同等的振幅或更加激烈。油膜振蕩不僅會(huì)導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障，有時(shí)也是造成軸承或整臺(tái)機(jī)組破壞的原因，應(yīng)盡可能地避免油膜振蕩的產(chǎn)生。油膜振蕩的特點(diǎn)：1、發(fā)生于轉(zhuǎn)軸一階臨界轉(zhuǎn)速兩倍以上，其甩動(dòng)方向與轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向一致；2、一旦產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)將劇烈增加，軸心軌跡變化范圍劇烈增大，也從原來(lái)的“橢圓形”變得 不穩(wěn)定，呈紊亂狀態(tài)；振蕩產(chǎn)生后，轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，振動(dòng)并不減少，也不易消除。3、油膜振蕩時(shí)，軸心渦動(dòng)頻率通常為轉(zhuǎn)子一階固有頻率，振型為一階振型；4、轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍以下時(shí)可能產(chǎn)生半速渦動(dòng)，渦動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的一半。半速渦動(dòng)的振幅較小，若再提高轉(zhuǎn)速則會(huì)發(fā)展

11、成為油膜振蕩，半速渦動(dòng)通常在高速輕載軸承情況下發(fā)生；5、轉(zhuǎn)子速度降低時(shí)，油膜振蕩常常在其開(kāi)始出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速以下仍繼續(xù)存在，至轉(zhuǎn)速降低到一定程度之后油膜振蕩才消失，即：升速時(shí)產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速與降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速不相同，這種現(xiàn)象人們稱為“慣性效應(yīng)”。發(fā)生油膜渦動(dòng)和油膜振蕩時(shí)的典型軸心軌跡如圖1-1和圖1-2所示。 圖1-1 圖1-2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、按圖-3安裝實(shí)驗(yàn)裝置。圖1-32、查看實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作。抽出配重盤(pán)橡膠托件，油壺內(nèi)加入適量的潤(rùn)滑油。3、按實(shí)驗(yàn)儀器使用說(shuō)明書(shū)連接測(cè)試系統(tǒng)：電渦流傳感器的前置器由-24V 直流電源供電。電渦流傳感器的感應(yīng)面與被檢測(cè)物體的表面距離應(yīng)

12、在 1mm 左右，使間隙電壓調(diào)整到檢定證書(shū)中的標(biāo)準(zhǔn)值。連接傳感器、抗混濾波器、INV306U 數(shù)據(jù)采集儀及計(jì)算機(jī) DASP 測(cè)試軟件。4、采樣參數(shù)設(shè)置進(jìn)入 INV1612 型多功能柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)?zāi)K：選擇轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)按鈕，進(jìn)入轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)?zāi)K界面。點(diǎn)擊“程序設(shè)置P”按鈕，參照?qǐng)D1-4常規(guī)實(shí)驗(yàn)缺省的采樣和通道參數(shù)的設(shè)置來(lái)分配傳感器信號(hào)的通道。采集儀的 1 通道接轉(zhuǎn)速（鍵相）信號(hào)，2 通道接水平位移 X 向信號(hào)，3 通道接垂直位移 Y 向 信號(hào)；對(duì)于 010000r/min 的轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)裝置，為兼顧時(shí)域和頻域精度，一般采樣頻率應(yīng)設(shè)置在 10244096Hz 的范圍較為合適；程控放大可以將信號(hào)放大

13、，但注意不要太大，以免信號(hào)過(guò)載；X-Y 軸心軌 跡圖設(shè)置在轉(zhuǎn)軸同一位置的水平和垂直兩個(gè)位移測(cè)點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)檗D(zhuǎn)軸較細(xì)，為了避免傳感器磁 頭發(fā)生磁場(chǎng)交叉耦合引起的誤差，所以 X、Y 向傳感器不要安裝在同一平面內(nèi)）。圖1-4在數(shù)字跟蹤濾波方式F選擇 0-1X 低通或 0-2X 低通。如選擇 0-2X 低通濾波將觀察到更有趣味 油膜振蕩現(xiàn)象；在虛擬儀器庫(kù)欄下打開(kāi)“轉(zhuǎn)速表F7”和“幅值表F8”，轉(zhuǎn)速表和幅值表都可以拖到屏幕 適當(dāng)?shù)奈恢?；圖譜曲線選擇 X-Y（在曲線界面上方，可按熱鍵K進(jìn)行各種測(cè)量的快速切換 ）5、檢查連線連接無(wú)誤后，開(kāi)啟各儀器電源；點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕并同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)子。6、數(shù)據(jù)采集：1）X-Y

14、圖：將顯示調(diào)到 X-Y 圖方式，逐漸提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，同時(shí)要注意觀察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度和振幅的變化，接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)振幅迅速增大，轉(zhuǎn)子運(yùn)行噪聲也加大，轉(zhuǎn)子通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后，振幅又迅速變小，由此可大致確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)基頻所在轉(zhuǎn)速區(qū)間，系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速大約在 3000r/min 左右。繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速，觀察軌跡變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速大約升至臨界轉(zhuǎn)速的兩倍左右時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)劇烈增加， 軸心軌跡也從原來(lái)的“橢圓型”變?yōu)殡p橢圓型，如圖1-1所示，此時(shí)的現(xiàn)象表明轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動(dòng)，記錄發(fā)生渦動(dòng)的轉(zhuǎn)速，填入表1-1中；繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，軸心軌跡變得更加紊亂，并且很不穩(wěn)定，如圖1-2所示，此時(shí)表明油膜振蕩 開(kāi)始發(fā)生，記錄轉(zhuǎn)速，填入表1-

15、1中；觀察基頻、半頻振幅-轉(zhuǎn)速曲線，逐漸調(diào)整轉(zhuǎn)速，基頻振幅最大時(shí)即為系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速。半頻出現(xiàn)最值是為渦動(dòng)現(xiàn)象；在臨界、渦動(dòng)轉(zhuǎn)速附近運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要快速通過(guò)，以避免長(zhǎng) 時(shí)間劇烈振動(dòng)對(duì)系 統(tǒng)造成大的破壞。2）幅值-轉(zhuǎn)速曲線圖：改變軟件設(shè)置，選擇幅值，查看在經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速和油膜渦動(dòng)時(shí)基頻幅值和 半頻幅值的變化。在臨界轉(zhuǎn)速處，基頻振幅出現(xiàn)共振峰，而在油膜渦動(dòng)和油膜振蕩處，半頻幅值出 現(xiàn)峰值，說(shuō)明油膜渦動(dòng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是出現(xiàn)明顯的半頻成分。3）階次頻譜：將顯示方式調(diào)到頻譜，再將左側(cè)頻譜分析中階次標(biāo)注位置選上。通過(guò)觀察 1/2X 倍頻的變化可以判斷油膜渦動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)完畢，數(shù)據(jù)存盤(pán)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、將實(shí)驗(yàn)記錄填入

16、表18-1中。表1-1升速過(guò)程降速過(guò)程發(fā)生(r/min)消失(r/min)發(fā)生(r/min)消失(r/min)渦動(dòng)油膜振蕩2、繪制渦動(dòng)時(shí)軸心軌跡圖和油膜振蕩時(shí)軸心軌跡圖。3、繪制渦動(dòng)時(shí)頻譜圖，并標(biāo)注基頻、半頻及對(duì)應(yīng)幅值。實(shí)驗(yàn)四 軸承故障診斷分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解利用振動(dòng)進(jìn)行軸承故障診斷原理及方法。2、了解軸承故障的危害性及其表現(xiàn)形式。二、實(shí)驗(yàn)儀器QPZZ-旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析及故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)，壓電式加速度傳感器，激光轉(zhuǎn)數(shù)儀，信號(hào)條理器，采集卡，故障診斷軟件，故障軸承。三、實(shí)驗(yàn)原理滾動(dòng)軸承是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機(jī)械部件，其運(yùn)行狀態(tài)是否正常直接影響到整個(gè)設(shè)備的性能好壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用

17、滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，大約30的機(jī)械故障是由于滾動(dòng)軸承的損壞造成的。滾動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)使用最多的是振動(dòng)測(cè)量技術(shù)，它通過(guò)安裝在軸承座或箱體適當(dāng)方位的振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)軸承振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)此信號(hào)進(jìn)行分析與處理來(lái)判斷軸承工況與故障的。滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)包括外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架等元件，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。滾動(dòng)體外圈內(nèi)圈保持架圖2-1由于滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對(duì)應(yīng)特定的頻率成分。進(jìn)行頻譜分析之前需要通過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理方法將特定的頻率成分分離出來(lái)，然后對(duì)其進(jìn)行處理，以找出信號(hào)的特征頻率，確定故障的部位和類(lèi)別。設(shè)軸承外圈固定，內(nèi)圈（即軸）的

18、旋轉(zhuǎn)頻率為fs，n為軸的轉(zhuǎn)速，軸承節(jié)徑為D，滾動(dòng)體直徑為d，接觸角為，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)為z。假定滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間純滾動(dòng)接觸，則滾動(dòng)軸承的特征頻率計(jì)算公式如下：內(nèi)圈（即軸）的旋轉(zhuǎn)頻率： 外環(huán)故障頻率： 內(nèi)環(huán)故障頻率： 滾珠故障頻率： 保持架碰外環(huán)： 保持架碰內(nèi)環(huán)： 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供檢測(cè)的軸承為滾動(dòng)軸承N205（4只，其中3只故障軸承，分別為外圈缺陷、內(nèi)圈缺陷、滾珠缺陷）。滾動(dòng)軸承的基本尺寸如下表2-1。根據(jù)軸承的基本尺寸，運(yùn)用軟件計(jì)算出所測(cè)軸承的特征頻率。表2-1內(nèi)徑（mm）外徑(mm)節(jié)圓直徑(mm)滾動(dòng)體直徑(mm)接觸角(deg)滾動(dòng)體數(shù)目(個(gè))255238.56.753013四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

19、1、本實(shí)驗(yàn)室共有4臺(tái)，其中一臺(tái)為無(wú)故障軸承系統(tǒng)，另外三臺(tái)分別為外圈缺陷、內(nèi)圈缺陷和滾珠缺陷軸承系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2-2所示，先開(kāi)動(dòng)機(jī)械試機(jī)，檢查以下情況：各螺栓、螺釘有無(wú)松動(dòng)；電機(jī)絕緣電阻是否大于20M；各部分布線有沒(méi)有錯(cuò)誤等，確定無(wú)誤后停機(jī)。圖2-22、將壓電式加速度傳感器安裝在軸承座上，激光轉(zhuǎn)數(shù)儀用支座安裝在平臺(tái)基礎(chǔ)上，然后將兩個(gè)信號(hào)線與信號(hào)條理器連接。3、打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件，設(shè)置好采樣頻率及采樣點(diǎn)數(shù)。開(kāi)動(dòng)并運(yùn)行機(jī)器，當(dāng)運(yùn)行穩(wěn)定后點(diǎn)擊“采樣”，得到相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)并保存。打開(kāi)精密診斷分析軟件，導(dǎo)入已保存的數(shù)據(jù)，并用各種信號(hào)處理方法分析。其他三臺(tái)設(shè)備也照此步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。4、將四臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軸

20、承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，找出這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中哪個(gè)是正常軸承？哪些屬于故障軸承？這些各屬于哪種軸承故障？5、重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3、4以得出正確結(jié)論。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、計(jì)算軸承的故障特征頻率，并填入表2-2。表2-2轉(zhuǎn)速n(r/min)外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)故障頻率保持架碰內(nèi)環(huán)故障頻率2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果填入表2-3，并仔細(xì)觀察振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜特征。表2-3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編號(hào)1234時(shí)域波形幅值譜特征頻率(Hz)特征頻率處幅值診斷結(jié)論3、實(shí)驗(yàn)有無(wú)誤差？請(qǐng)分析。實(shí)驗(yàn)五 齒輪故障診斷分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解利用振動(dòng)進(jìn)行齒輪故障診斷原理及方法。2、了解齒輪故障的危害性及其表現(xiàn)形

21、式。二、實(shí)驗(yàn)儀器QPZZ-旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析及故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)，壓電式加速度傳感器，激光轉(zhuǎn)數(shù)儀，信號(hào)條理器，采集卡，故障診斷軟件，故障齒輪。三、實(shí)驗(yàn)原理齒輪傳動(dòng)是常用的一種傳動(dòng)方式，由于制造誤差、裝配不當(dāng)或在不適當(dāng)?shù)臈l件（如載荷、潤(rùn)滑等）下使用，常會(huì)發(fā)生損傷等故障，常見(jiàn)有四類(lèi)：（1）齒的斷裂有疲勞斷裂和過(guò)負(fù)荷斷裂兩種。疲勞斷裂：通常先從受力側(cè)齒根產(chǎn)生龜裂、逐漸向齒端發(fā)展而致折斷。過(guò)負(fù)荷斷裂：由于轉(zhuǎn)速急劇變化、軸系共振、軸承破損、軸彎曲等原因，使齒輪產(chǎn)生不正常的一端接觸，載荷集中到齒面一端引起。（2）齒的磨損由于金屬微粒、污物、塵埃和沙粒等進(jìn)入齒輪而導(dǎo)致材料磨損、齒面局部熔焊隨之又撕裂的現(xiàn)象。（3

22、）齒面疲勞由于齒面接觸應(yīng)力超過(guò)材料允許的疲勞極限。表面層先產(chǎn)生細(xì)微裂紋，然后小塊剝落，直至整個(gè)齒斷裂。（4）齒面塑性變形如壓碎、趨皺。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中其齒輪故障約占10%，在齒輪箱的失效零件中，齒輪失效占整個(gè)失效比重的60%，因此對(duì)齒輪進(jìn)行故障診斷十分重要。在生產(chǎn)條件下很難直接檢測(cè)某一個(gè)齒輪的故障信號(hào)，一般是在軸承、箱體有關(guān)部位測(cè)量。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)論齒輪發(fā)生了異常與否，齒的嚙合都會(huì)發(fā)生沖擊嚙合振動(dòng)，其振動(dòng)波形表現(xiàn)出振幅受到調(diào)制的特點(diǎn)，甚至既調(diào)幅又調(diào)頻。齒輪振動(dòng)特征頻率的計(jì)算如下：齒輪及軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率：齒輪的嚙合頻率：有固定齒圈的行星輪系，嚙合頻率為：式中，任一參考齒輪的齒數(shù)；參考齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)；-轉(zhuǎn)臂

23、的回轉(zhuǎn)速度，當(dāng)與參考齒輪轉(zhuǎn)向相反時(shí)取正號(hào)，否則就取負(fù)號(hào)。齒輪箱中齒輪發(fā)生故障時(shí)振動(dòng)特征如下表所示：表3-1式中，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率；齒輪的固有頻率。 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供檢測(cè)的齒輪為大齒輪和小齒輪。其中大齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為75，材質(zhì)為S45C(3只,其中2只為故障齒輪，分別為齒輪斷齒、齒輪磨損)。小齒輪模數(shù)為2，齒數(shù)為55，材質(zhì)為S45C(2只,其中1只故障齒輪)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、本實(shí)驗(yàn)室共有4臺(tái)，其中一臺(tái)為無(wú)故障齒輪系統(tǒng)，另外三臺(tái)分別為有故障齒輪系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖3-1所示，先開(kāi)動(dòng)機(jī)械試機(jī)，檢查以下情況：各螺栓、螺釘有無(wú)松動(dòng)；電機(jī)絕緣電阻是否大于20M；各部分布線有沒(méi)有錯(cuò)誤等，確定無(wú)誤后停機(jī)。圖

24、3-12、將壓電式加速度傳感器安裝在齒輪箱的軸承座上，激光轉(zhuǎn)數(shù)儀用支座安裝在平臺(tái)基礎(chǔ)上，然后將兩個(gè)信號(hào)線與信號(hào)條理器連接。3、打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件，設(shè)置好采樣頻率及采樣點(diǎn)數(shù)。開(kāi)動(dòng)并運(yùn)行機(jī)器，當(dāng)運(yùn)行穩(wěn)定后點(diǎn)擊“采樣”，得到相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)并保存。打開(kāi)精密診斷分析軟件，導(dǎo)入已保存的數(shù)據(jù)，并用各種信號(hào)處理方法分析。其他三臺(tái)設(shè)備也照此步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。4、將四臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的齒輪振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，找出這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中哪個(gè)是正常齒輪？哪些屬于故障齒輪？這些各屬于哪種齒輪故障？5、重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3、4以得出正確結(jié)論。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果填入表3-2。表3-2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編號(hào)1234時(shí)域波形幅值譜特征頻率(Hz)特征頻率幅值嚙合頻率(Hz)轉(zhuǎn)速n(r/min)診斷結(jié)論2、實(shí)驗(yàn)有無(wú)誤差？請(qǐng)分析。實(shí)驗(yàn)六轉(zhuǎn)子不平衡的故障特征一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目的1、 了解轉(zhuǎn)子不平衡的原因；2、 了解并掌握轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)機(jī)理；3、 了解并掌握轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)特征，包括時(shí)域與頻域特征。4、 學(xué)會(huì)用FFT來(lái)分析轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)特征。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）振動(dòng)加速度傳感器YD36（2只）