滾動軸承的振動信號特征分析報告(DOC)

1、南昌航空大學(xué)實驗報告課程名稱：數(shù)字信號處理實驗名稱：滾動軸承的振動信號特征分析實驗時間：2013年5月14日班級：100421學(xué)號：10042134姓名：吳涌濤成績：滾動軸承的振動信號特征分析、 實 驗?zāi)康睦脭?shù)字信號處理課程中學(xué)習(xí)的序列運算、周期信號知識、 知識，對給定的正常軸承數(shù)據(jù)、內(nèi)圈故障軸承數(shù)據(jù)、外圈故障軸承數(shù) 據(jù)、滾珠故障軸承數(shù)據(jù)進行時域特征或頻域特征提取和分析， 找出能區(qū) 分四種狀態(tài) （滾動軸承的外圈故障、內(nèi)圈故障、滾珠故障和正常狀態(tài)） 的特征。、 實 驗原理振動機理分析：機械在運動時，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負載的不均勻、結(jié) 構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等因素，總是伴隨

2、著各種振動。振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。幅值：幅值是振動強度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻 率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。相位：振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點、測量振 型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的 相位關(guān)系是不可缺少的。在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動位移是研究強度和變形的重要依 據(jù)；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究動力強度和疲勞的重要依據(jù)；振動 速度決定了噪聲的高低，人對機械

3、振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定 的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動量的大小。提取振動信號的幅域、時域、頻域、時頻域特征，根據(jù)特征進行故障有無、故障類型和故障程度三個層次的判斷。DFT三、實驗內(nèi)容Stepl、使用importdata ()函數(shù)導(dǎo)入振動數(shù)據(jù)。Step2、把大量數(shù)據(jù)分割成周期為單元的數(shù)據(jù)，分割方法為：設(shè)振動信號為Xk( k=1,2,3,n)采樣頻率為 fs,傳動軸的轉(zhuǎn)動速率為V采樣間隔為：At=%(1)旋轉(zhuǎn)頻率為：傳動軸的轉(zhuǎn)動周期為：T 必(3)由式(1)和(3)可推出振動信號一個周期內(nèi)采樣點數(shù)N：N丄二匕(4)譏1fsfr由式(2)可得到傳動軸的轉(zhuǎn)動基頻fr=29.9

4、5Hz，再由式(3)可得到一個周期內(nèi)采樣點數(shù) NN00.67，取 N=400。Step3、提取振動信號的特征，分析方法包括：1、時域統(tǒng)計分析指標(biāo)(波形指標(biāo)(Shape Factor)、峰值指標(biāo)(Crest Factor)、脈沖指標(biāo)(Impulse Factor)、裕度指標(biāo)(Clearanee Factor)、峭度指 標(biāo)(KurtosisValue) )等，相關(guān)計算公式如下：(1)波形指標(biāo)：WKfX(5)其中，Xp為峰值，X為均值。Xp計算公式如下：(12)7(13)Xp二 maxXi(i =1,2,N)(2)波峰指標(biāo)：XpCKf-Xrms其中，Xrms為均方根值。均方根值計算如下:(3)峭度指

5、標(biāo):pK X4rms其中，為峭度，計算式如下:4Xi(9)(4)脈沖指標(biāo):(10)(5)偏度指標(biāo):aP二-X3rms其中，為偏度，計算式如下:1NI3XiN(8)(11)X(6)裕度指標(biāo):其中，Xr為方根幅值，計算公式如下:2、頻域分析，包括離散頻譜序列統(tǒng)計分析指標(biāo)，階次分析等。滾動軸承的理論特征頻率計算公式如下：(1) 內(nèi)圈故障頻率：Ndfi(1 cos(：) fr=161.73 Hz2D(2) 外圈故障頻率：Ndfo(1cosC ) fr=107.82 Hz2D(3) 滾珠故障頻率：Dd22f(-) COS C )fr=141.17 Hz 2dD其中，N 為滾珠數(shù)，d 為滾珠直徑，:-為接

6、觸角，D 為軸承節(jié)徑。Step4 (提高要求)、提取未知信號的特征，與已知信號的特征進行比對分類，診斷信號是否存在故障以及故障類型。未知故障類型信號：1.mat四、實驗的程序代碼(1)、待測信號 1fun ctio n y1,y2,y3,y4=KuttosisFactor();s=importdata( 原始信號內(nèi)圈故障105.mat);s_value=s.X105_DE_time;s_cutvalue=s_value(1:24000);tree=wpdec(s_cutvalue,3, sym6);det=wpcoef(tree,2);sigma=median(abs(det)/0.675;a

7、lpha=2;thr=wpbmpen(tree,sigma,alpha);keepapp=1;xd=wpdencmp(tree, s , nobest ,thr,keepapp);T=400;Vaule1=zeros(1,50);for n=1:1:50B=sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T).M)/T;Rms=sqrt(sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T)42)/T);Vaule1( n)=B/(RmsM);end;s=importdata(原始信號正常97.mat);s_value1=s.X097_DE_time;s_cutvalue=s_value1(1:24

8、000);tree=wpdec(s_cutvalue,3, sym6 );det=wpcoef(tree,2);sigma=median(abs(det)/0.675;alpha=2;thr=wpbmpen(tree,sigma,alpha);keepapp=1;xd=wpdencmp(tree, s , nobest ,thr,keepapp);Vaule2=zeros(1,50);for n=1:1:50B=sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T).M)/T;Rms=sqrt(sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T)42)/T);Vaule2( n)=B/(RmsM);

9、end;s=importdata( 原始信號 外圈故障 130.mat ); s_value1=s.X130_DE_time;s_cutvalue=s_value1(1:24000);tree=wpdec(s_cutvalue,3, sym6 );det=wpcoef(tree,2);sigma=median(abs(det)/0.675;alpha=2;thr=wpbmpen(tree,sigma,alpha);keepapp=1;xd=wpdencmp(tree, s , nobest ,thr,keepapp);Vaule3=zeros(1,50);for n=1:1:50B=sum(x

10、d(1+( n-1)*T):( n*T).M)/T;Rms=sqrt(sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T)42)/T);Vaule3( n)=B/(RmsM);end;s=importdata( 原始信號 滾珠故障 118.mat ); s_value1=s.X118_DE_time;s_cutvalue=s_value1(1:24000);tree=wpdec(s_cutvalue,3, sym6 ); det=wpcoef(tree,2);sigma=median(abs(det)/0.675; alpha=2;thr=wpbmpen(tree,sigma,alpha);ke

11、epapp=1;xd=wpdencmp(tree, s , nobest ,thr,keepapp);Vaule4=zeros(1,50);for n=1:1:50B=sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T).M)/T;Rms=sqrt(sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T)42)/T);Vaule4( n)=B/(RmsM);end;s=importdata( 待診斷信號 1.mat ); s_value1=s;s_cutvalue=s_value1(1:24000); tree=wpdec(s_cutvalue,3, sym6 );det=wpcoef(tree,2)

12、;sigma=median(abs(det)/0.675;alpha=2; thr=wpbmpen(tree,sigma,alpha); keepapp=1;xd=wpdencmp(tree, s , nobest ,thr,keepapp); T=400;Vaule5=zeros(1,50);for n=1:1:50B=sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T).M)/T;Rms=sqrt(sum(xd(1+( n-1)*T):( n*T)42)/T);Vaule5( n)=B/(RmsM);end;y1(1)=(Vaule1(1)+Vaule1(2)+Vaule1(3)/3;y2(

13、1)=(Vaule2(1)+Vaule2(2)+Vaule2(3)/3;y3(1)=(Vaule3(1)+Vaule3(2)+Vaule3(3)/3;y4(1)=(Vaule4(1)+Vaule4(2)+Vaule4(3)/3;y5(1)=(Vaule5(1)+Vaule5(2)+Vaule5(3)/3;y1(50)=(Vaule1(50)+Vaule1(49)+Vaule1(48)/3;y2(50)=(Vaule2(50)+Vaule2(49)+Vaule2(48)/3;y3(50)=(Vaule3(50)+Vaule3(49)+Vaule3(48)/3;y4(50)=(Vaule4(50)

14、+Vaule4(49)+Vaule4(48)/3;y5(50)=(Vaule5(50)+Vaule5(49)+Vaule5(48)/3;for n=2:1:49y1(n)=(Vaule1(n-1)+Vaule1(n)+Vaule1(n+1)/3;y2(n)=(Vaule2(n-1)+Vaule2(n)+Vaule2(n+1)/3;y3(n)=(Vaule3(n-1)+Vaule3(n)+Vaule3(n+1)/3;y4(n)=(Vaule4(n-1)+Vaule4(n)+Vaule4(n+1)/3;y5(n)=(Vaule5(n-1)+Vaule5(n)+Vaule5(n+1)/3;end;%繪圖k=linspace(1,50,50);plot(k,y1(k),-.k,k,y2(k), -r ,k,y3(k), -pb ,k,y4(k), -*g ,k,y5(k),m:d );legend( 內(nèi)圈故障 , 正常 外圈故障 , 故障 , 診斷