滚动轴承信号识别及工况监测虚拟仪器研究
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摘要
滚动轴承是机器中的易损零件，许多机械的故障都与滚动轴承的状态有关。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约30％的机械故障是由于滚动轴承而引起的。可见，滚动轴承的好坏对机器工作状况的影响极大。因此，对滚动轴承的诊断技术，国内外都很重视，近年来发展很快，其中最常用方法为振动信号分析法。
目前对滚动轴承信号识别主要采用模拟监测系统，系统均由模拟量仪器组成，如FFT分析仪、幅值分析仪电平记录仪等，系统存在操作界面不够友好，功能单一，分析内容欠丰富、通用性差、开发周期长、成本高等缺点。随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器的出现弥补了传统测试仪器的不足，虚拟仪器是仪器行业未来发展的主要方向。
本论文在深入分析研究以模拟仪器为基础的滚动轴承诊断技术的基础上，应用现代先进的虚拟仪器技术，合理选用传感器、信号调理器及A/D转换板等硬件，采用具有强大功能的虚拟仪器编程语言：LabWindows/CVI平台，编写了一系列功能软件和软面板，成功地研制和组建了一套滚动轴承信号识别及工况监测虚拟仪器，并利用所研制的虚拟仪器，在测试实验室万能实验台上对若干GB6309型号深沟滚动轴承的几种典型故障进行了实际检测与诊断，收到了满意的效果。论文对多种滚动轴承振动信号的识别方法进行了分析和比较，提出了若干有益的建议，从而使滚动轴承信号识别与诊断技术，从传统的模拟仪器监测系统上升到以虚拟仪器为主的监测系统。
本论文按照预定的要求完成了设计任务，其设计是成功的，所研制的滚动轴承虚拟仪器具有较好的应用价值，其性能远优于模拟监测设备。
Rolling bearing is the brittle part of a machine, a lot of mechanical failure is relevant to the state of rolling bearing. It is estimated that about 30 percent of mechanical failure is caused by it in the rolling machines with rolling bearing. It is obviously that the quality of rolling bearing has a great impact on the working condition. Therefore, the technology of testing rolling bearing is paid a great attention to in home and abroad and has a great progress in the recent years. The most common method is monitoring the working station of rolling bearing with the analysis of oscillating signals.
At present the identification signal of rolling bearing is based on analog monitoring system composed of analog instrument such as FFT analyzer, Amplitude analyzer and so on. The system has the shortcoming as follows: not enough friendly user interface, unitary function, under abundant analytical contents, poor generality, long developing period, high cost and so forth. With the development of computer technology in combination with test technology, virtual instrument has made up the shortage of conventional test instrument. Virtual instrument has taken the lead of the profession of instrument.
With the use of advanced virtual instrument technology and reasonable selection of hardware such as sensor, signal adjuster and A/D conversion board, a series of software and softpanel are designed in the paper. Furthermore, the strongly functional programming language LabWindows/CVI is well used. The paper is based on the deep analysis of rolling bearing identification technology which is made up of analog instruments. A suit of rolling bearing identification signal virtual instrument has been found with which some representative failure of GB6309 type of rolling bearing on the omnipotent lab desk in Testing Laboratory have been measured and diagnosed. It has received satisfying effect. The paper has also compared oscillating identification signals of different rolling bearing and put forward some beneficial advices. Thereby the technology of identifying and diagnosing rolling bearing signal has ascend to measuring system based on virtual instrument from conventional analog one.
The paper has successfully completed the design task and the result meets the expectation. The designed virtual instrument of rolling bearing has a certain applied value and its function is far superior to the analog measuring system.
目前对滚动轴承信号识别主要采用模拟监测系统，系统均由模拟量仪器组成，如FFT分析仪、幅值分析仪电平记录仪等，系统存在操作界面不够友好，功能单一，分析内容欠丰富、通用性差、开发周期长、成本高等缺点。随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器的出现弥补了传统测试仪器的不足，虚拟仪器是仪器行业未来发展的主要方向。
本论文在深入分析研究以模拟仪器为基础的滚动轴承诊断技术的基础上，应用现代先进的虚拟仪器技术，合理选用传感器、信号调理器及A/D转换板等硬件，采用具有强大功能的虚拟仪器编程语言：LabWindows/CVI平台，编写了一系列功能软件和软面板，成功地研制和组建了一套滚动轴承信号识别及工况监测虚拟仪器，并利用所研制的虚拟仪器，在测试实验室万能实验台上对若干GB6309型号深沟滚动轴承的几种典型故障进行了实际检测与诊断，收到了满意的效果。论文对多种滚动轴承振动信号的识别方法进行了分析和比较，提出了若干有益的建议，从而使滚动轴承信号识别与诊断技术，从传统的模拟仪器监测系统上升到以虚拟仪器为主的监测系统。
本论文按照预定的要求完成了设计任务，其设计是成功的，所研制的滚动轴承虚拟仪器具有较好的应用价值，其性能远优于模拟监测设备。
Rolling bearing is the brittle part of a machine, a lot of mechanical failure is relevant to the state of rolling bearing. It is estimated that about 30 percent of mechanical failure is caused by it in the rolling machines with rolling bearing. It is obviously that the quality of rolling bearing has a great impact on the working condition. Therefore, the technology of testing rolling bearing is paid a great attention to in home and abroad and has a great progress in the recent years. The most common method is monitoring the working station of rolling bearing with the analysis of oscillating signals.
At present the identification signal of rolling bearing is based on analog monitoring system composed of analog instrument such as FFT analyzer, Amplitude analyzer and so on. The system has the shortcoming as follows: not enough friendly user interface, unitary function, under abundant analytical contents, poor generality, long developing period, high cost and so forth. With the development of computer technology in combination with test technology, virtual instrument has made up the shortage of conventional test instrument. Virtual instrument has taken the lead of the profession of instrument.
With the use of advanced virtual instrument technology and reasonable selection of hardware such as sensor, signal adjuster and A/D conversion board, a series of software and softpanel are designed in the paper. Furthermore, the strongly functional programming language LabWindows/CVI is well used. The paper is based on the deep analysis of rolling bearing identification technology which is made up of analog instruments. A suit of rolling bearing identification signal virtual instrument has been found with which some representative failure of GB6309 type of rolling bearing on the omnipotent lab desk in Testing Laboratory have been measured and diagnosed. It has received satisfying effect. The paper has also compared oscillating identification signals of different rolling bearing and put forward some beneficial advices. Thereby the technology of identifying and diagnosing rolling bearing signal has ascend to measuring system based on virtual instrument from conventional analog one.
The paper has successfully completed the design task and the result meets the expectation. The designed virtual instrument of rolling bearing has a certain applied value and its function is far superior to the analog measuring system.
引文
[1]朱世杰，邱学章著．机械振动与应用．中国铁道出版社．1994年
[2]晏砺堂，朱梓根，李其汉等著．高速旋转机械振动．国防工业出版社．1994年8月
[3]肖忠祥主编．数据采集原理．西北工业出版社．2001年2月
[4]阎以诵，苏笺寿主编．工程机械振动分析．同济大学出版社．1996年8月
[5]陈端石，赵玫，周海亭编著．动力机械振动与噪声学．上海交通大学出版社．1996年7月。
[6]崔宁博编译．设备诊断技术-振动分析及其应用．南开大学出版社．1998年12月
[7]J. S. 米切尔著．机器故障的分析与监测．机械工业出版社．1995年2月
[8]廖伯瑜著．机械故障诊断基础．冶金工业出版社．1996年11月
[9]寇惠，傅润兰，原培新著．故障诊断的振动理论基础．冶金工业出版社．1993年6月。
[10]虞和济，候广琳著．故障诊断的专家系统．冶金工业出版社．1993年6月
[11]寇惠，原培新著．故障诊断的振动信号处理．冶金工业出版社．1993年6月
[12]寇惠，韩庆大著．故障诊断的振动测试技术．冶金工业出版社．1993年6月．
[13]虞和济著．故障诊断的基本方法．冶金工业出版社，1993年6月
[14]傅润兰，虞和济著．故障诊断的数学力学基础．冶金工业出版社．1993年6月
[15]虞和济，韩庆大，原培新著．故障诊断的工程应用。冶金工业出版社．1993年6月
[16]周祖德，陈幼平著．现代机械制造系统的监控故障诊断．华中理
工大学出版社．1998年7月
[17] 李国华，张永忠著．机械故障诊断．化学工业出版社．1999年2月
[18] 汤和，徐滨宽著．机械设备的计算机辅助诊断．天津大学出版社．1993年6月
[19] 刘雄，赵振毅，屈梁生著．转子监测与诊断系统．西安交通大学．1992年9月
[20] 洛阳轴承研究所．滚动轴承产品样本．中国石化出版社．机械工业出版社．2000年8月
[21] 李洪，曲中谦著．实用轴承手册．辽宁科技出版社．2001年10月
[22] 虞烈，刘恒著．西安交通大学．轴承-转子系统动力学．2001年4月
[23] 吴光惠，王彩军著．电子工业出版社．传感器及信号处理．1998年8月
[24] 黄贤武，郑筱霞，曲波，刘文杰著．传感器实际应用电路设计．电子工业出版社．1999年4月
[25] 宗孔德，胡广书著．数字信号处理．清华大学出版社．1998年7月
[26] 张汝波著。计算智能基础．哈尔滨工程大学出版社．2001年3月
[27] 王平孙译．Steven．A．Tretter著．离散时间信号处理导论．高等教育出版社．1996年8月
[29] 张凤均编著．Lab Windows/CVI开发入门和进阶．北京航天航空大学出版社．2001年12月
[30] 刘君华主编．虚拟仪器编程语言Lab Windows/CVI教程．电子工业出版社．2001年8月
[31] 高品贤编著．振动，冲击及噪声测试技术．西南交通大学社．1999年
[32] 高品贤编著．测试信号分析处理方法与程序．西南交通大学出版社．1999年
[33] 吴淼编著．现代工程信号处理及应用．中国矿业出版社．1997年
[34] 卢天祥，杜润生著．工程测试与信息处理．华中理工大学出版社．1994年
[35] 雷继尧，何世德，王嘉琛编著．．工程信号处理技术．重庆大学出版社．1990年
[36] A．V．奥本海姆，R．W．谢弗(美)著．离散时间信号处理．黄建国，刘树棠译．科学出版社．1998年
[37] 王承，何志伟，许东芹著．虚拟仪器—现代仪器发展的新阶段．测控技术．2001(10)，9—11
[38] 连海洲，赵英俊著．计算机化仪器技术发展与展望．测控技术．2001(10)，5—8
[39] 雷霖主编．微机自动检测．电子科技大学出版社．1998年
[40] 张贤达著．现代信号处理．清华大学出版社．1995年
[41] 郑南宁著．数字信号处理．西安交通大学出版社．1995年
[42] 胡广书著．数字信号处理——理论，算法与实现．清华大学出版社．1997年
[43] 程佩青著．数字信号处理教程．清华大学出版社．1995年
[44] 马明建，周长城编著．数据采集与处理技术．西安交通大学出版社．1998年
[45] 阮德生著．自动测试技术与计算机仪器系统设计．西安电子科技大学出版社．1997年
[46] 潘名莲，马争著．微型计算机原理．电子工业出版社．1994年
[47] 王换招，杨潞著．PC系列微机总线．西安交通大学出版社．1995年
[48] 王士元著．C高级实用程序设计．清华大学出版社．1996年
[49] 金篆芷，王明时著．现代传感技术．电子工业出版社．1995年
[50] 朱伯申，张炬著．数字式传感器．北京理工大学出版社．1996年
[51] 赵家贵，林克真著．工程检测技术及模拟信号变换．轻工业出版社．1989年
[52] 方佩敏著，新编传感器原理·应用·电路·详解．电子工业出版社．1994年
[53] 吕俊芳著．传感器接口与检测仪器电路．北京航空航天大学出版社．1994年
[54] 殷福亮，宋爱军主编．数字信号处理C语言程序集．辽宁科学技术出版社．1997年
[55] 孟劲松．基于PC仪器的测振系统研究与开发．西南交通大学硕士学位论文．2000
[56] 卜家岐，林贻侠编著．C程序设计教程．中国科学技术出版社．1995年
[57] David J. Kruglinski, Scot Wingo, George Shepherd. Programming Viaual C++ 6.0. Microsoft Press. 1999
[58] Sophocle J.Orfanidis.Intoduce to Signal Processing. Prentice Hall International. Inc. 1999。
[59] PC-LabCard User's Manual.AdvanTech Coporation。
[60] A.C.Walshaw. Mechanical Vibrations With Applications. Simon & Schuster International Group. 1996
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[48] 王士元著．C高级实用程序设计．清华大学出版社．1996年
[49] 金篆芷，王明时著．现代传感技术．电子工业出版社．1995年
[50] 朱伯申，张炬著．数字式传感器．北京理工大学出版社．1996年
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[54] 殷福亮，宋爱军主编．数字信号处理C语言程序集．辽宁科学技术出版社．1997年
[55] 孟劲松．基于PC仪器的测振系统研究与开发．西南交通大学硕士学位论文．2000
[56] 卜家岐，林贻侠编著．C程序设计教程．中国科学技术出版社．1995年
[57] David J. Kruglinski, Scot Wingo, George Shepherd. Programming Viaual C++ 6.0. Microsoft Press. 1999
[58] Sophocle J.Orfanidis.Intoduce to Signal Processing. Prentice Hall International. Inc. 1999。
[59] PC-LabCard User's Manual.AdvanTech Coporation。
[60] A.C.Walshaw. Mechanical Vibrations With Applications. Simon & Schuster International Group. 1996