機械故障診斷技術實驗指導書

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)目錄實驗一常用振動診斷儀器………………1實驗二振動信號的采集和預處理……….3實驗三滑動軸承油膜渦動和油膜振蕩……………….…6實驗四軸承故障診斷分析………………10實驗五齒輪故障診斷分析………………13實驗六轉子不平衡的故障特征…………16實驗一常用振動診斷儀器一、實驗目的、意義通過振動測試實驗，了解振動測試儀器的使用方法、測點的位置選擇、振動信號的分析方法，初步理解機械振動功率譜的物理意義，加深對機械故障振動診斷技術掌握。二、實驗基本原理與方法基本原理：機械設備的外部振動信號可以反映機械設備內(nèi)部的狀態(tài)變化。通過測量機械設備外部的信號并加以處理，可以識別設備振動激勵源、振動傳遞途徑和狀態(tài)變化。方法：將振動傳感器安裝在綜合實驗臺的機械設備上，測量不同位置的振動信號，并進行信號的相關分析、功率譜分析等，得出機器不同位置的振動信號特征，最后選擇出較好的機械振動狀態(tài)監(jiān)測點。三、主要儀器和耗材主要儀器：計算機、振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電荷放大器、振動壓電加速度傳感器。(記下儀器名稱)耗材：信號線、磁座、鑷子、砂紙、抹布等。地點：機電系實驗室一樓，機械綜合實驗臺。四、實驗方案與技術路線實驗方案：（1）敲擊實驗：用錘子對傳感器安裝點附近進行敲擊。（2）改變采樣頻率，分別測取時間歷程，并做頻譜分析。技術路線:1．在綜合實驗臺上選擇振動測點；2．安裝傳感器，用信號線聯(lián)接傳感器、放大器、信號調理儀器、計算機等；3．啟動計算機，進入測試界面；4．設置相關測試參數(shù)；5．啟動綜合實驗臺的制動器實驗臺；6．等電機工作穩(wěn)定后開始測試；7．觀察測試過程中的時間曲線和對應的頻域譜圖；8．分析頻域譜圖上的譜線產(chǎn)生的原因。（利用計算機畫出時間曲線和對應的頻域譜圖，回去分析）思考題：1、從頻域譜圖上看，有沒有機械松動的現(xiàn)象？為什么？時間曲線能否反映這種現(xiàn)象？2、本實驗臺的機械振動，有沒有電磁激勵引起的頻率成分？為什么？3、從敲擊實驗結果，你有什么新的認識？4、你能分辨出有關的滾動軸承通過振動頻率成分嗎？為什么？5、畫出振動測試系統(tǒng)的組成框圖。實驗二振動信號的采集和預處理一、實驗內(nèi)容與目的了解振動信號采集、分析與處理的整個過程及注意事項；了解并掌握測試儀器的連接、信號的敏感參數(shù)選取、測點布置及各注意事項；掌握信號的時域分析、頻域分析理論與特點。二、實驗設備（1）振動實驗臺，電機及數(shù)據(jù)線等；（2）振動加速度傳感器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通道智能信號采集儀；（5）CoinvDasp2003專業(yè)版信號采集分析與處理系統(tǒng)。信號采集與分析系統(tǒng)基本框圖如圖1－1所示。振動實驗臺振動實驗臺圖1－1信號采集與分析系統(tǒng)框圖φ9數(shù)據(jù)線DLF2放大器電腦及DASP2003信號采集分析與處理系統(tǒng)INV306采集儀φ9數(shù)據(jù)線DLF2放大器電腦及DASP2003信號采集分析與處理系統(tǒng)INV306采集儀YD36傳感器 另外，簡易診斷設備有BZ－8701A便攜式測振儀。三、實驗原理1、振動測量敏感參數(shù)的選取常用的振動測量參數(shù)有加速度、速度和位移。假定振動位移信號為：（1－1）則振動速度信號為：（1－2）振動加速度信號為：（1－3）由上式可知，當傳感器拾取的信號很微弱時，位移信號和速度信號幅值很小，由于頻率的放大作用，加速度的信號的幅值相比相應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信號。實用上，參數(shù)的選定可參考以下頻率范圍進行：低頻范圍（10~100Hz）――位移參數(shù)（，，，等）；中頻范圍（10~1000Hz）――速度或稱振動烈度（）；高頻范圍（＞1000Hz）――加速度參數(shù)（，，）2、振動信號分析與處理（傅里葉級數(shù)）對于一個復雜的周期振動信號可以用傅里葉級數(shù)展開，即可將這個信號分解成許多不同的頻率的正弦和余弦的線性疊加，即：（1－4）因此，用傅里級數(shù)法求頻譜，實際上就是求傅里葉級數(shù)的系數(shù)、和，即：（1－5）則傅里葉級數(shù)的頻譜幅值等于：（1－6）傅里葉級數(shù)的相位譜為：（1－7）四、實驗步驟根據(jù)選取的敏感參數(shù)選擇振動傳感器；合理布置測點，測點布置的是否合理，直接關系到采集信號的真空性。要注意以下：（1）所布置的測點要固定，且固定面要光滑、絕緣，并且要用特殊明顯的標記符號標出。因為測點位置不同，測出來的信號也不同。（2）測點應布置在反映振動特征最敏感的部位。一般軸承是反映振動診斷信息最集中和最敏感的部位，因此把風機和電機的軸承座列為主要測點。（3）測點應選在與軸承座聯(lián)接剛度較高的地方或箱體上的適當位置，而且安裝面要光滑。（4）振動信號通過不同零件聯(lián)接的界面一次，其振動能量就損失約80%左右，所以在選擇測點時應注意盡是減少中間界面。（5）盡量保持每次測量時機器的工況條件、測量參數(shù)、使用的測量儀器和測量方法（如傳感器的固定方法）相同。這樣才能保證每次所測量數(shù)據(jù)的真實性及相互可比性。測試儀器選擇與布置測試儀器應選擇分辨率、靈敏度較高的儀器。布置時，應盡量減小電噪聲的干擾和外來噪聲的干擾，以及數(shù)據(jù)通道之間的信號干擾等。4、信號的示波、分析與處理。五、實驗注意事項安裝傳感器時，千萬不要與機器的轉動部件相接觸；連接各測試儀器時，要注意斷電，待連接完畢并經(jīng)檢查確認連接無誤時，接通電源；測試儀器要輕拿、輕放，特別要注意傳感器安裝時要放穩(wěn)、放平；實驗完畢時，先斷電，然后拆線，放好各測試儀器。實驗三滑動軸承油膜渦動和油膜振蕩一、實驗目的1、認識滑動軸承發(fā)生油膜渦動、油膜振蕩的現(xiàn)象；2、觀察轉子發(fā)生油膜渦動、油膜振蕩振動幅值和相位以及軸心軌跡的變化情況；3、分析轉子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動、油膜振蕩的規(guī)律及特點；二、實驗儀器NV1612型多功能柔性轉子實驗臺、數(shù)顯式調速器、光電傳感器、電渦流傳感器、振動傳感器、NV306U5164采集儀、NV多功能濾波放大器、分析軟件。三、實驗原理油膜動對滑軸受到載時軸會著載的化移位移產(chǎn)慣，此時，慣性力也成為載荷，且為動載荷，取決于軸頸本身的移動。軸頸軸承在外載荷作用下，頸中心相對于軸承中心偏移一定的位置而運轉。當施加一擾動力，軸頸中心將偏離原平衡位置。這樣的擾動最終能回到原來的位置或在一個新的平衡點保持不變，即此軸承是穩(wěn)定的；反之，是穩(wěn)定的。后者的狀態(tài)為軸頸中心繞著平衡位置運動，稱為“渦動”。渦動可能持續(xù)下去，也可能快地導致軸頸和軸承套的接觸。油膜振蕩：高速旋轉機械的轉子常用流體動壓滑動軸承支承，設計不當，軸承油膜常會使轉子產(chǎn)生烈振種動與振同它是迫振是軸油引起旋軸激，所以為膜蕩?！罢袷幙缮D達到界速同的幅或加烈油振蕩不僅會導致高速旋轉機械的故障，有時也是造成軸承或整臺機組破壞的原因，應盡可能地避油膜振蕩的產(chǎn)生。油膜振蕩的特點：1、發(fā)生于轉軸一階臨界轉速兩倍以上，其甩動方向與轉軸旋轉方向一致；2、一旦產(chǎn)生，轉子的振動將劇烈增加，軸心軌跡變化范圍劇烈增大，也從原來的“橢圓形”變得不穩(wěn)定，呈紊亂狀態(tài)；振蕩產(chǎn)生后，轉速繼續(xù)增加，振動并不減少，也不易消除。3、油膜振蕩時，軸心渦動頻率通常為轉子一階固有頻率，振型為一階振型；4、轉速在一階臨界轉速的兩倍以下時可能產(chǎn)生半速渦動，渦動頻率為轉速的一半。半速渦動的振幅較小，若再提高轉速則會發(fā)展成為油膜振蕩，半速渦動通常在高速輕載軸承情況下發(fā)生；5、轉子速度降低時，油膜振蕩常常在其開始出現(xiàn)的轉速以下仍繼續(xù)存在，至轉速降低到一定程度之后油膜振蕩才消失，即：升速時產(chǎn)生油膜振蕩的轉速與降速時油膜振蕩消失的轉速不相同，種現(xiàn)象人們稱為“慣性效應。發(fā)生油膜渦動和油膜振蕩時的典型軸心軌跡如圖1-1和圖1-2所示。圖1-1圖1-2四、實驗內(nèi)容與步驟1、按圖-3安裝實驗裝置。圖1-32、查實注事好實的備作抽配重橡托壺加入量潤。3、按實驗儀器使用說明書連接測試系統(tǒng)：電渦傳器前器24V流源電電流傳器感面被測物的面離應在1mm連接傳感器、抗混濾波器、INV306U數(shù)據(jù)采集儀及計算機DASP測試軟件。4、采樣參數(shù)設置進入NV112型功性轉實系的子驗模：擇子驗鈕，入子驗模塊界面。點擊“序置[]”鈕照圖常實缺的采和道數(shù)設來分傳器號的通采儀的1接轉鍵號2通道水移X信3通接垂移Y向信號對于0～000r/mn的子驗置為時域頻精般樣頻應在104～4096z范較合程控大以信放，但意要大以信號載X-Y軸軌跡圖設置在轉軸同一位置的水平和垂直兩個位移測點（實驗中，因為轉軸較細，為了避免傳感磁頭發(fā)生磁場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)跟濾方[F擇0-1X低通或0-2X低。如擇02X通波觀察更趣味油膜振蕩現(xiàn)象；在虛擬儀器庫欄下打開“轉速表[7]”和“幅值表F8]”，轉速表和幅值表都可以拖到屏幕適當?shù)奈恢?；圖譜曲線選擇X-Y（在曲線界面上方，可按熱鍵[K]進行各種測量的快速切換5、檢查連線連接無誤后，開啟各儀器電源；點擊開始按鈕并同時啟動轉子。6、數(shù)據(jù)采集：1）X-Y圖將示調到XY圖式，漸高轉速同要意察子轉速和幅的變化，接近臨界轉速時，可以發(fā)現(xiàn)振幅迅速增大，轉子運行噪聲也加大，轉子通過臨界轉速，振幅迅變，此大致定子統(tǒng)頻在轉區(qū)，統(tǒng)界速大在000/mn左右。繼續(xù)高速觀軌變化當速約至界轉的倍右子的動烈，軸心跡從來“圓型變雙圓，圖1-1所，時象表轉系發(fā)油膜渦動，記錄發(fā)生渦動的轉速，填入表1-1中；繼續(xù)高速軸軌變得加亂并很穩(wěn)定圖1-2所此時明膜蕩開始發(fā)生，記錄轉速，填入表1-1中；觀察頻幅轉曲漸整頻振最時為統(tǒng)一階界頻出最是渦現(xiàn)在界渦轉附運轉要速過以免長時劇振系統(tǒng)造成大的破壞。2幅值轉曲圖改軟件置選幅值看在過界速油渦動基幅和半頻幅值的變化。在臨界轉速處，基頻振幅出現(xiàn)共振峰，而在油膜渦動和油膜振蕩處，半頻幅出現(xiàn)峰值，說明油膜渦動的一個重要特點是出現(xiàn)明顯的半頻成分。3）階次頻譜：將顯示方式調到頻譜，再將左側頻譜分析中階次標注位置選上。通過觀察12倍頻的變化可以判斷油膜渦動現(xiàn)象。實驗完畢，數(shù)據(jù)存盤。五、實驗報告1、將實驗記錄填入表18-1中。表1-1升速過程降速過程發(fā)生(r/min)消失(r/min)發(fā)生(r/min)消失(r/min)渦動油膜振蕩2、繪制渦動時軸心軌跡圖和油膜振蕩時軸心軌跡圖。3、繪制渦動時頻譜圖，并標注基頻、半頻及對應幅值。實驗四軸承故障診斷分析一、實驗目的1、了解利用振動進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、實驗儀器QPZZ-Ⅱ旋轉機械振動分析及故障模擬試驗平臺，壓電式加速度傳感器，激光轉數(shù)儀，信號條理器，采集卡，故障診斷軟件，故障軸承。三、實驗原理滾動軸承是各種旋轉機械中應用最廣泛的一種通用機械部件，其運行狀態(tài)是否正常直接影響到整個設備的性能好壞。據(jù)統(tǒng)計，在使用滾動軸承的旋轉機械中，大約30％的機械故障是由于滾動軸承的損壞造成的。滾動軸承的故障診斷技術使用最多的是振動測量技術，它通過安裝在軸承座或箱體適當方位的振動傳感器監(jiān)測軸承振動信號，并對此信號進行分析與處理來判斷軸承工況與故障的。滾動軸承的基本結構包括外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架等元件，結構如圖2-1所示。滾動體外圈滾動體外圈內(nèi)圈保持架圖2-1由于滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，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應特定的頻率成分。進行頻譜分析之前需要通過適當?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來，然后對其進行處理，以找出信號的特征頻率，確定故障的部位和類別。設軸承外圈固定，內(nèi)圈（即軸）的旋轉頻率為fs，n為軸的轉速，軸承節(jié)徑為D，滾動體直徑為d，接觸角為α，滾動體個數(shù)為z。假定滾動體與內(nèi)外圈之間純滾動接觸，則滾動軸承的特征頻率計算公式如下：內(nèi)圈（即軸）的旋轉頻率：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)：本實驗平臺提供檢測的軸承為滾動軸承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）。滾動軸承的基本尺寸如下表2-1。根據(jù)軸承的基本尺寸，運用軟件計算出所測軸承的特征頻率。表2-1內(nèi)徑（mm）外徑(mm)節(jié)圓直徑(mm)滾動體直徑(mm)接觸角(deg)滾動體數(shù)目(個)255238.56.753013四、實驗內(nèi)容與步驟1、本實驗室共有4臺，其中一臺為無故障軸承系統(tǒng)，另外三臺分別為外圈缺陷、內(nèi)圈缺陷和滾珠缺陷軸承系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)如圖2-2所示，先開動機械試機，檢查以下情況：各螺栓、螺釘有無松動；電機絕緣電阻是否大于20MΩ；各部分布線有沒有錯誤等，確定無誤后停機。圖2-22、將壓電式加速度傳感器安裝在軸承座上，激光轉數(shù)儀用支座安裝在平臺基礎上，然后將兩個信號線與信號條理器連接。3、打開數(shù)據(jù)采集軟件，設置好采樣頻率及采樣點數(shù)。開動并運行機器，當運行穩(wěn)定后點擊“采樣”，得到相應的振動信號并保存。打開精密診斷分析軟件，導入已保存的數(shù)據(jù)，并用各種信號處理方法分析。其他三臺設備也照此步驟進行實驗操作。4、將四臺實驗系統(tǒng)的軸承振動信號進行對比分析，找出這些實驗平臺中哪個是正常軸承？哪些屬于故障軸承？這些各屬于哪種軸承故障？5、重復實驗步驟3、4以得出正確結論。五、實驗報告1、計算軸承的故障特征頻率，并填入表2-2。表2-2轉速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)實驗數(shù)據(jù)，將分析結果填入表2-3，并仔細觀察振動信號的時域波形和頻譜特征。表2-3實驗系統(tǒng)編號1234時域波形幅值譜特征頻率(Hz)特征頻率處幅值診斷結論3、實驗有無誤差？請分析。。實驗五齒輪故障診斷分析一、實驗目的1、了解利用振動進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)形式。二、實驗儀器QPZZ-Ⅱ旋轉機械振動分析及故障模擬試驗平臺，壓電式加速度傳感器，激光轉數(shù)儀，信號條理器，采集卡，故障診斷軟件，故障齒輪。三、實驗原理齒輪傳動是常用的一種傳動方式，由于制造誤差、裝配不當或在不適當?shù)臈l件（如載荷、潤滑等）下使用，常會發(fā)生損傷等故障，常見有四類：（1）齒的斷裂有疲勞斷裂和過負荷斷裂兩種。疲勞斷裂：通常先從受力側齒根產(chǎn)生龜裂、逐漸向齒端發(fā)展而致折斷。過負荷斷裂：由于轉速急劇變化、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、塵埃和沙粒等進入齒輪而導致材料磨損、齒面局部熔焊隨之又撕裂的現(xiàn)象。（3）齒面疲勞由于齒面接觸應力超過材料允許的疲勞極限。表面層先產(chǎn)生細微裂紋，然后小塊剝落，直至整個齒斷裂。（4）齒面塑性變形如壓碎、趨皺。在旋轉機械中其齒輪故障約占10%，在齒輪箱的失效零件中，齒輪失效占整個失效比重的60%，因此對齒輪進行故障診斷十分重要。在生產(chǎn)條件下很難直接檢測某一個齒輪的故障信號，一般是在軸承、箱體有關部位測量。當齒輪旋轉時，無論齒輪發(fā)生了異常與否，齒的嚙合都會發(fā)生沖擊嚙合振動，其振動波形表現(xiàn)出振幅受到調制的特點，甚至既調幅又調頻。齒輪振動特征頻率的計算如下：齒輪及軸的轉動頻率：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)；—參考齒輪的轉數(shù)；—-轉臂的回轉速度，當與參考齒輪轉向相反時取正號，否則就取負號。齒輪箱中齒輪發(fā)生故障時振動特征如下表所示：表3-1式中，—軸的轉動頻率；—齒輪的固有頻率。本實驗平臺提供檢測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，材質為S45C(2只,其中1只故障齒輪)。四、實驗內(nèi)容與步驟1、本實驗室共有4臺，其中一臺為無故障齒輪系統(tǒng)，另外三臺分別為有故障齒輪系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)如圖3-1所示，先開動機械試機，檢查以下情況：各螺栓、螺釘有無松動；電機絕緣電阻是否大于20MΩ；各部分布線有沒有錯誤等，確定無誤后停機。圖3-12、將壓電式加速度傳感器安裝在齒輪箱的軸承座上，激光轉數(shù)儀用支座安裝在平臺基礎上，然后將兩個信號線與信號條理器連接。3、打開數(shù)據(jù)采集軟件，設置好采樣頻率及采樣點數(shù)。開動并運行機器，當運行穩(wěn)定后點擊“采樣”，得到相應的振動信號并保存。打開精密診斷分析軟件，導入已保存的數(shù)據(jù)，并用各種信號處理方法分析。其他三臺設備也照此步驟進行實驗操作。4、將四臺實驗系統(tǒng)的齒輪振動信號進行對比分析，找出這些實驗平臺中哪個是正常齒輪？哪些屬于故障齒輪？這些各屬于哪種齒輪故障？5、重復實驗步驟3、4以得出正確結論。五、實驗報告1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，將分析結果填入表3-2。表3-2實驗系統(tǒng)編號1234時域波形幅值譜特征頻率(Hz)特征頻率幅值嚙合頻率(Hz)轉速n(r/min)診斷結論2、實驗有無誤差？請分析。。實驗六轉子不平衡的故障特征一、實驗內(nèi)容與目的了解轉子不平衡的原因；了解并掌握轉子不平衡的振動機理；了解并掌握轉子不平衡振動特征，包括時域與頻域特征。學會用FFT來分析轉子不平衡的振動特征。二、實驗設備（1）振動加速度傳感器YD36（2只）：電荷靈敏度SC=7.99PC/m.s-2；（2）DLF8通道四合一放大器；（3）INV306DF16通道智能信號采集儀；（4）CoinvDasp2003專業(yè)版信號采集分析與處理系統(tǒng)。信號采集與分析系統(tǒng)基本框圖如實驗一中的圖1－1所示。三、實驗原理設轉子的質量為Ｍ，偏心距為e。轉子的質心到兩軸承連心線的垂直距離不為零，撓度為/r/