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集成传感器的高速滚动轴承状态监测装置研制

作　者: 陈景伟
导　师: 郑德志
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 高速滚动轴承 集成传感器 故障诊断
分类号: TH133.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


滚动轴承是高速航空主轴轴系中最关键的部件,也是危险系数最高的零部件之一。航空主轴系统很多故障都与滚动轴承状态有关,在航空极端苛刻环境下,轴承缺陷会导致严重异常振动和噪声,甚至造成严重的人民生命财产损失。因此研究高速滚动轴承状态监测和故障诊断技术就具有非常重要的意义。为提高监测过程中传感器拾取轴承状态信号的准确性,提高测试信号的信噪比,本文采用集成化思想,实现传感器和轴承的结构集成,使信号采集点距离故障发生位置尽量接近,从而拾取到更准确的轴承运转状态信号及故障信号。利用相应数据处理算法,判断轴承是否出现故障及其故障特性和严重程度。这种集成多传感器的轴承状态监测方法提高了轴承故障诊断的可靠性,具有信息容错性、互补性、实时性等优点。本文针对轴承的常见故障类型,完成了传感器的选型、安装、标定以及高速滚动轴承传感器集成设计和研究,分析了集成结构的性能特点,并用ANSYS对集成结构进行了有限元分析。根据传感器不同性能设计了相对应的数据采集系统,编写了VB软件,与组态王共同完成数据采集任务。根据轴承的故障机理与故障信号特征,分析了所用时域分析和频域分析所用的数据处理算法,并用MATLAB编写了能够完成对应功能的程序。完成了相应的故障诊断算法,实现了利用多传感器的信息融合技术使系统能够完成轴承状态检测和故障诊断的功能。最后进行了轴承状态监测装置考核实验。通过带有预设特定故障的轴承,检验轴承状态监测系统对轴承故障类型判断是否准确;通过对有故障和无故障的滚动轴承的对比测试,检验了此系统的可靠性和实用性。最后通过转速和载荷这两个参数的变化,对振动,应变,温度随转速和载荷的变化进行了相关实验,得出了相应结论。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题来源及研究目的和意义  8-9
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 研究目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-18
    1.2.1 高速滚动轴承失效类型和故障识别  9-11
    1.2.2 滚动轴承故障诊断方法  11-14
    1.2.3 信号分析与故障诊断算法  14
    1.2.4 轴承-传感器集成测试  14-18
  1.3 本课题主要研究的内容  18-19
第2章 滚动轴承传感器集成结构设计与分析  19-31
  2.1 引言  19
  2.2 传感器的选择  19-23
    2.2.1 传感器选型依据  19-20
    2.2.2 振动测量传感器的性能要求及选型  20-21
    2.2.3 应变测量传感器的性能要求及选型  21-22
    2.2.4 温度测量传感器的性能要求及选型  22-23
  2.3 传感器的安装  23-26
    2.3.1 测点位置和方向的选择  23-24
    2.3.2 传感器安装工艺  24-25
    2.3.3 集成结构性能分析  25-26
  2.4 轴承传感器集成结构有限元分析  26-28
  2.5 集成测试传感器的标定  28-30
    2.5.1 加速度传感器标定  28-29
    2.5.2 故障点温度测量标定  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 轴承状态监测信号采集系统设计  31-42
  3.1 引言  31
  3.2 信号采集总体设计方案  31-37
    3.2.1 加速度信号采集系统  32-34
    3.2.2 应变信号采集系统  34-36
    3.2.3 温度信号采集系统  36-37
  3.3 数据采集软件  37-41
    3.3.1 VB软件设计与界面  37-39
    3.3.2 组态王数据采集软件  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 故障信号分析与故障诊断算法处理  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 滚动轴承振动特征及故障机理  42-46
    4.2.1 滚动轴承的典型结构和特征频率  42-43
    4.2.2 滚动轴承固有振动频率  43-44
    4.2.3 滚动轴承故障信号的振动特征  44-46
  4.3 信号算法处理与MATLAB实现  46-51
    4.3.1 时域特征参数  47-48
    4.3.2 谱泄露与窗函数  48-49
    4.3.3 数字滤波器  49-50
    4.3.4 快速傅里叶变换  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 轴承状态监测装置考核实验  52-68
  5.1 引言  52
  5.2 实验准备  52-55
    5.2.1 实验目的  52
    5.2.2 实验装置系统构成  52-53
    5.2.3 实验台结构改造  53-55
  5.3 实验过程及实验结果分析  55-66
    5.3.1 预设故障轴承监测实验过程结果及分析  55-65
    5.3.2 外圈故障和无故障轴承状态监测对比  65-66
  5.4 本章小节  66-68
结论  68-69
参考文献  69-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 轴承 > 滚动轴承
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