機(jī)械故障診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：機(jī)械故障診斷技術(shù)院系：機(jī)械工程系學(xué)號(hào)：20107150姓名：龔華德指導(dǎo)教師：李奕璠西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：機(jī)械故障診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：李奕璠學(xué)號(hào)：20107150班級(jí)：機(jī)制1班姓名：龔華德實(shí)驗(yàn)日期：2013年10月16日成績(jī)：實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：簡(jiǎn)述上述每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼D2、速度傳感器振動(dòng)測(cè)量圖2、速度傳感器振動(dòng)測(cè)量答、〔1〕轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座振動(dòng)測(cè)量目的和原理對(duì)于多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座的振動(dòng)，可采用加速度傳感器和速度傳感器兩種方式進(jìn)行測(cè)量。將帶有磁座的加速度和速度傳感器放置在試驗(yàn)臺(tái)的底座上，將傳感器的輸出接到變送器相應(yīng)的端口，再將變送器輸出的信號(hào)接到采集儀的相應(yīng)通道，輸入到計(jì)算機(jī)中。啟動(dòng)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)，調(diào)整轉(zhuǎn)速。觀察并記錄得到的振動(dòng)信號(hào)波形和頻譜，觀察改變轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速后，振動(dòng)信號(hào)、頻譜的變化規(guī)律?！?〕實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量目的和實(shí)驗(yàn)對(duì)于多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速，可以分別采用光電轉(zhuǎn)速傳感器和磁電轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量。1〕采用光電傳感器測(cè)量：將反光紙貼在圓盤的側(cè)面，調(diào)整光電傳感器的位置，一般推薦把傳感器探頭放置在被測(cè)物體前2～3cm，并使其前面的紅外光源對(duì)準(zhǔn)反光紙，使在反光紙經(jīng)過時(shí)傳感器的探測(cè)指示燈亮，反光紙轉(zhuǎn)過后探測(cè)指示燈不亮〔必要時(shí)可調(diào)節(jié)傳感器后部的敏感度電位器〕。當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時(shí)，光電傳感器的輸出就會(huì)跳變一次。通過測(cè)出這個(gè)跳變頻率f，就可知道轉(zhuǎn)速n。編寫轉(zhuǎn)速測(cè)量腳本，將傳感器的信號(hào)將通過采集儀輸入到計(jì)算機(jī)中。啟動(dòng)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)，調(diào)節(jié)到一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面板中的“開始”按鈕進(jìn)行測(cè)量，觀察并記錄得到的波形和轉(zhuǎn)速值，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行屢次測(cè)量。2〕采用磁電傳感器測(cè)量：將磁電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上專用的傳感器架上，使其探頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)速用15齒齒輪的中部，調(diào)節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x，使測(cè)試距離為1mm。在發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下，測(cè)得的傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出測(cè)速齒輪的轉(zhuǎn)速。如設(shè)齒輪齒數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，那么有：n=f/N。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60×f/N。在使用60齒的發(fā)訊齒輪時(shí)，就可以得到一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)速公式n=f。所以，就可以使用頻率計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速。這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)速測(cè)量中發(fā)訊齒輪多為60齒的原因。編寫轉(zhuǎn)速測(cè)量腳本，將傳感器的信號(hào)將通過采集儀輸入到計(jì)算機(jī)中。啟動(dòng)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)，調(diào)節(jié)到一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面板中的“開始”按鈕進(jìn)行測(cè)量，觀察并記錄得到的波形和轉(zhuǎn)速值，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行屢次測(cè)量?！?〕軸心軌跡測(cè)量目的和原理。軸心軌跡是轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)軸心的位置，在忽略軸的圓度誤差的情況下，可以將兩個(gè)電渦流位移傳感器探頭安裝到實(shí)驗(yàn)臺(tái)中部的傳感器支架上，相互成90度，并調(diào)好兩個(gè)探頭到主軸的距離〔約1.6mm〕，標(biāo)準(zhǔn)是使從前置器輸出的信號(hào)剛好為0〔mV〕。這時(shí)，轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)后兩個(gè)傳感器測(cè)量的就是它在兩個(gè)垂直方向(X,Y)上的瞬時(shí)位移，合成為李沙育圖就是轉(zhuǎn)子的軸心拷貝上述每個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行界面，插入到Word格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。圖1轉(zhuǎn)速測(cè)量波形圖圖2振動(dòng)測(cè)量波形圖圖3軸心軌跡測(cè)量波形圖2.在MATLAB中編程計(jì)算速度測(cè)量結(jié)果之均方植、有效植、裕度指標(biāo)、歪度指標(biāo)、峭度指標(biāo)有關(guān)特征參數(shù)，并繪制其副頻譜圖。(1)MATLAB程序X=[];%導(dǎo)入信號(hào)數(shù)組fs=1000;%采樣頻率Plot(x);%時(shí)域信號(hào)gridon;N=length(x);%采樣個(gè)數(shù)n=0:N-1;Xrms2=mean(sum(x.^2))%均方值Xrms=sqrt(Xrms2)%有效值Ce=Xrms/mean(x)%裕度Cw=skewness(x)%歪度Cq=skewness(x)%峭度y=fft(x,N);%進(jìn)行fft變換m=abs(y(1:N/2))*2/N;%求信號(hào)的真實(shí)幅值f=n*fs/N;%進(jìn)行對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換stem(f(1:N/2),m(1:N/2));%繪出頻譜圖xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');title('信號(hào)頻譜圖');gridon運(yùn)行結(jié)果Xrms2=220849，Xrms=4.6995e+003，圖3信號(hào)頻譜圖即MATLAB計(jì)算得到均方植22084968、有效植、裕度指標(biāo)、歪度指標(biāo)、峭度指標(biāo)-0.1044，振動(dòng)頻率約為45HZ和實(shí)際45.898誤差很小。利用磁電速度測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，繪制其時(shí)域波形圖，并計(jì)算其頻率及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速M(fèi)ATLAB程序：x=[];%信號(hào)數(shù)組subplot(2,1,1);plot(x);%時(shí)域波形xlabel('時(shí)間序列');ylabel('幅值');title('信號(hào)時(shí)域圖');fs=5000;%采樣頻率N=length(x);n=0:N-1;y=fft(x,N);%進(jìn)行fft變換m=abs(y(1:N/2))*2/N;%求信號(hào)的真實(shí)幅值f=n*fs/N;%進(jìn)行對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換subplot(2,1,2)stem(f(1:N/2),m(1:N/2));%繪出頻譜圖xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');title('信號(hào)頻譜圖');gridon;根據(jù)信號(hào)頻域圖可知，頻率為147HZ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n=60×f/N=60×147/16=551.25r/min。西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：機(jī)械故障診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：超聲波測(cè)距實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：李奕璠學(xué)號(hào)：20107150班級(jí)：機(jī)制1班姓名：龔華德實(shí)驗(yàn)日期：2013年10月21日成績(jī)：實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚捍穑?.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^本實(shí)驗(yàn)了解和掌握超聲波傳感器測(cè)量的原理和方法。2.實(shí)驗(yàn)原理：聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。根據(jù)振動(dòng)頻率的不同，可分為次聲波、聲波、超聲波和微波等。1)次聲波：振動(dòng)頻率低于l6Hz的機(jī)械波。2)聲波：振動(dòng)頻率在16—20KHz之間的機(jī)械波，能為人耳所聞。3)超聲波：高于20KHz的機(jī)械波。超聲波與一般聲波比擬，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，因而具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。超聲波在反射、折射過程中，其能量及波型都將發(fā)生變化。超聲波在界面上的反射能量與透射能量的變化，取決于兩種介質(zhì)聲阻抗特性。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，能量的衰減決定于波的擴(kuò)散、散射(或漫射)及吸收。擴(kuò)散衰減，是超聲波隨著傳播距離的增加，在單位面積內(nèi)聲能的減弱；散射衰減，是由于介質(zhì)不均勻性產(chǎn)生的能量損失；超聲波被介質(zhì)吸收后，將聲能直接轉(zhuǎn)換為熱能，這是由于介質(zhì)的導(dǎo)熱性、粘滯性及彈性造成的。超聲波傳感器測(cè)量物體距離原理示意圖超聲波傳感器的測(cè)距原理：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S，即：S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發(fā)射的波束比擬窄〔<10°〕，反射后仍然很窄，如果被測(cè)物體被旋轉(zhuǎn)一定角度放置，其外表與省束不再垂直，有可能反射波束會(huì)偏離出接收探頭的位置，導(dǎo)致探頭接收不到反射波信號(hào)，測(cè)距將失敗。超聲波測(cè)距傳感器包括有發(fā)射超聲波和接收超聲波的兩局部裝置，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的是壓電式超聲波傳感器,主要由超聲波發(fā)射器(或稱發(fā)射探頭)和超聲波接收器(或稱接收探頭)兩局部組成，它們都是利用壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)的壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的。利用逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此作為超聲波的接收器。本實(shí)驗(yàn)所用的DRUL-12-A型超聲波傳感器的發(fā)射波頻率是40KHz，它由單片機(jī)控制發(fā)射探頭發(fā)射一組5個(gè)超聲波脈沖后，輸出電平由高電平轉(zhuǎn)為低電平；等到接收探頭接收到足夠強(qiáng)度的反射超聲波信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)由低電平轉(zhuǎn)為高電平。所以在實(shí)驗(yàn)的過程中，可以觀察到隨著反射板到探頭的距離變化，傳感器輸出波形的“脈沖”寬度也會(huì)對(duì)應(yīng)的發(fā)生變化，測(cè)試距離越遠(yuǎn)，脈沖的寬度越寬。因此，計(jì)算出脈沖的寬度就可以計(jì)算出反射板到探頭的距離。發(fā)射的兩組脈沖間隔的最大時(shí)間約為18ms，對(duì)應(yīng)的測(cè)試距離為3.069m。所以，該型號(hào)的超聲波傳感器的最遠(yuǎn)測(cè)試距離是3米。為了消除發(fā)射電路強(qiáng)電磁脈沖對(duì)接收電路的影響，在發(fā)射電路發(fā)射脈沖后，接收電路需延時(shí)大約1ms，才能正常接收信號(hào)。在設(shè)計(jì)中這個(gè)時(shí)間被設(shè)計(jì)成1.6ms，對(duì)應(yīng)的最短測(cè)試距離約為0.28m，所以DRUL-12-A型超聲波傳感器的測(cè)試范圍在0.3～2.5米。