说明书机械故障诊断毕业论文

毕业设计（论文）说明书1目 录摘 要Abstract第一章 绪 论11.1 机械故障诊断技术11.1.1 机械故障诊断的意义、目的和内容11.1.2 机械故障信息的获取方法21.2 机床传动系统的故障诊断31.3 本设计研究内容4第二章 研究对象62.1 X62W 型卧式万能升降台铣床62.1.1 用途62.1.2 组成与布局62.1.3 传动原理62.2 X6132-LT 立铣头8第三章 X62W 铣床传动系统理论计算93.1 X62W 铣床主运动传动系统93.1.1 主运动传动路线93.1.2 传动系统转速图103.1.3 工况选择103.1.4 各轴转速（包括万能铣头）103.2 X62W 铣床轴的转动频率计算113.3 X62W 铣床齿轮啮合频率计算123.4 X62W 铣床轴承相关频率计算123.4.1 利用 VB 编程软件计算轴承相关频率14第四章 试验仪器及试验过程27毕业设计（论文）说明书24.1 试验仪器274.1.1 电荷放大器（DLF-4 电荷电压滤波积分放大器）274.1.2 DASP 大容量数据自动采集和信号处理系统294.1.3 压电式传感器304.2 试验方案和试验过程324.3 试验可靠性验证33第五章 分析方法与故障类型345.1 频谱分析345.1.1 自频谱分析345.1.2 倒频谱分析345.2 故障类型375.2.1 齿轮故障类型395.2.2 轴承故障类型425.2.3 轴的故障类型43第六章 故障诊断及解决方案396.1 故障元件位置及原因446.1.1 故障一分析446.1.1 故障二分析456.1.1 故障三分析466.2 故障解决建议48结论49参考文献50致谢51附录一52附录二外文翻译资料原文和译文55毕业设计（论文）说明书3第一章 绪 论随着现代大生产的发展和科学技术的进步现代设备的结构越来越复杂功能越来越完善自动化程度也越来越高。由于许多无法避免的因素的影响有时设备会出现各种故障以致降低其预定的功能甚至造成严重的灾难性事故国内外曾经发生的各种空难、海难、爆炸、断裂等恶性事故造成了人员伤亡产生了严重的社会影响；即使是经常生产中的事故也因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成巨大的经济损失。如日本关西电力公司南海电厂号机组汽轮发电机组因振动引起严重的断轴毁机事件年我国大同电厂和年我国秦岭电厂的汽轮发电机组的严重断轴毁机事件都造成了巨大的经济损失。因此保证设备的安全运行消除事故是十分迫切的问题。为此机械故障诊断技术就成为一种必不可少的手段，其目的就是：及时地、正确地对各种异常状态和故障状态作出诊断预防或消除故障对设备的运行进行必要的指导提高设备运行的可靠性、安全性和有效性以期把故障损失降低到最低水平。1 机械故障诊断技术1. 1. 1 机械故障诊断的意义、目的和内容随着科学技术与生产的高度发展，各学科相互渗透、相互交叉、相互促进，形成了设备诊断技术这一生命力旺盛的新兴学科。它是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态、确定其整体或局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。机械故障诊断技术日益获得重视与发展的一个原因是：随着科学技术与生产的发展，机械设备工作强度不断增大，生产效率，自动化程度越来越高，同时设备更加复杂，各部分的关联愈加密切，往往某处微小故障就爆发链锁反应，导致整个设备乃至与设备有关的环境遭受灾难性的毁坏。这不仅造成巨大的经济损失，而且危及人身安全，后果极为严重。所以进行设备故障诊断，保证设备可靠而有效地运行是极为重要的。机械设备故障诊断技术日益获得重视与发展的另一个重要原因是能改革维修体制，大量节省维修费用。当前，国内外对机械设备主要采用计划维修。在许多场合下，这毕业设计（论文）说明书4是非常不合理的，不该修的修了，不仅费时花钱，甚至降低设备工作性能；该修的又没修，不仅降低设备寿命，而且导致事故。所以对机械设备特别是关键设备实行工况监控与故障诊断是必要的而且是迫切的。从机械设备的起源与发展来看，设备诊断技术的目的应是保证可靠地、高效地发挥设备应有的功能。这包含了三点：一是保证设备无故障，工作可靠；二是保证物尽其用，设备要发挥其最大的效益；三是保证设备在将有故障或已有故障时能及时诊断出来，正确地加以维修，以减少维修时间，提高维修质量，节约维修费用，应使重要的设备能按其状态进行维修（即视情维修或预知维修） ，改革目前按时维修的体制。机械设备故障诊断技术的最根本的任务是通过测取设备的信息来识别设备的状态，因为只有识别了设备的有关状态才有可能达到设备诊断的目的。具体讲，设备故障诊断技术应包括 一下五方面的内容：1正确选择与测取设备有关状态的信息显然，所测取的信号应该包含设备有关状态的信息。例如，试验中所测取的铣床传动系统的振动信号，这种信号即可称为特征信号。2正确地从特征信号中提取设备有关状态的有用信息一般来讲,从特征信号来直接判明设备状态的有关情况,查明故障的有无是比较难的.例如,一般难于从结构的振动信号直接判明结构有无裂纹,还需要根据振动理论、信号分析理论等提供的理论与方法，加上试验研究，对特征信号加以处理，提取有用的信息，才有可能判明设备有关状态。例如，理论分析与试验研究表明，从振动信号中计算出的固有频率这一征兆固然可用，但对结构有无故障并不敏感，而计算出的频率特性却存在着十分敏感的频带，因此，以频率特征为故障征兆则更为合适。3根据征兆正确地进行设备的状态诊断一般来讲，还不能直接采用征兆来进行设备的故障诊断、识别状态。这时可以采用一定的振动信号分析方法（状态监测、时域分析、频谱分析、倒谱分析、包络分析法）对信号进行某种分析处理，构成判别准则进行状态的识别与分类。4根据征兆与状态正确地进行设备的状态分析当状态为有故障时，则应采用有关方法进一步分析故障位置、类型、性质、原因与趋势等。5根据状态分析正确地作出决策毕业设计（论文）说明书51. 1. 2 机械故障信息的获取方法对设备故障进行诊断,首先应获取有关信息.信息是提供人们判断或识别状态的重要依据,是指某些事实和资料的集成.信号是信息的载体,因而设备故障诊断技术在一定意义上属于信息技术的范畴.充分地检测足够量的能反映系统状态的信号对诊断来说是至关重要的,一个良好的诊断系统首先应该能正确地全面地获取监测和诊断所必须的全部信息.对于机床等旋转机械来说，目前在国内应用最普遍的方法是利用振动信号对其状态进行判别，从测试手段来看，利用振动信号进行测试也最方便、实用，要利用振动信号对故障进行判别首先应从振动信号中提取有用的特征信号，即利用信号处理技术对振动信号进行处理。目前，应用最广泛的处理方法是进行频谱分析，即从振动信号中的频率成分和分布情况来判断故障。对一台机器或一个系统进行诊断时，第一步工作就是要探测出它的故障信息，也可叫做故障探测，就是要收集到反映机器或系统故障的信息，即进行信号采集。本次铣床传动系统特性分析和故障诊断中采集信号最主要的装置为传感器。传感器的作用就是把反映系统状态的振动信息取出来，转变成信号输出。多数情况下，这些信号以电压（电荷）的形式输出，这些信号包含有丰富的可用来作为故障诊断依据的各种特性参数。而这些特性参数一般都复合混杂在传感器输出的信号中，这些输出的信号中还随带着各种各样的噪声，并多半以随机的形式出现。因此为了对系统进行技术诊断，就需要从这些信号中取出诊断所需的特性参数和确定的特性曲线，信号处理或称数据处理技术就是用来从传感器输出的信号中分离出所需的特性参数曲线的。信号处理技术的另一个重要作用就是寻找诊断用的特性指标（特征参数） ，要求这个指标对系统故障具有敏感性。由于机器运行的过程中产生的各种信息的特征不同，因而出现的故障也多种多样，在本次设计中只是对铣床传动系统（不包括进给系统）进行特性分析。所选的测量传感器是压电式加速度传感器，因为它质量轻，体积小，可测的幅值范围和频率范围都很大。传感器又叫“一次”仪表，是一种器件，它是将机械振动量（位移、速度、加速度）的变化转换成电量（电流、电压、电荷）或参数（电阻、电容、电感）的变化，然后输出至“二次”仪表进行放大以及“三次”仪表进行记录、显示或分析。一个基本测试系统可用框图表示如图 1.1：1. 2 机床传动系统的故障诊断毕业设计（论文）说明书6在现代机械制造工业中，加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工来达到所需的加工精度和表面质量。因此机床是加工机器零件的主要设备。它所担负的工作量约占机器总制造工作量的 40%60%。机床的技术水平直接影响机械制造业的产品质量和劳动生产率。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机械设备，促进机械制造业的生产能力和工艺水平的提高。在机床上加工各种表面，必须需要一定的运动，为了实现这些运动机床必须具备传动的联系，传动的机构以及机床运动的调整方法。所以对机床运动分析过程是认识和分析机床的基本方法，其次序为“表面运动传动机构调整” 。机床运动分析的目的在于利用简便的方法来分析比较各种机床的传动系统。以掌握机床的运动规律，从而合理地使用机床和正确地设计机床的传动系统。显然机床传动系统在整个机床设计制造中占有很重要的地位。机床传动系统故障往往会影响到机床的加工精度，所以对机床传动系统进行特性分析和故障诊断就更为重要了。随着现代制造业的发展，铣床工作速度和负载逐渐增大，其传动系统容易发生故障。故障初期会导致铣床设备工作状态不稳定，加工精度低，如不及时处理甚至会导致整个铣床丧失工作能力。因此对铣床传动系统的工作状态进行监测和早期故障诊断非常重要。齿轮、轴和轴承是构成铣床传动系统的关键零件，铣床工作时这些零件会产生振动，若发生故障，其振动信号的能量分布就会发生变化，因此振动信号可以作为铣床传动系统故障特征的载体。在铣床传动系统典型故障机理研究和特征提取方面，国内外均有研究，但由于系统结构复杂，涉及问题较多，对故障机理的研究仍不够深入。常年使用的机床由于机器磨损、基础下沉、部件变形，动态特性会出现错综复杂的变化；轴的不同心、部件磨损、转子变得不平衡并且间隔增加，会使轴承产生附加动载荷，随着振动能量的增加，直接影响到机床的可靠性及寿命。齿轮的故障在机床激振设 备被测系 统传感器 放大器 分析设 备 记录显示绘图图 1.1 测试系统框图毕业设计（论文）说明书7故障中占有较大比例，它会使机床的振动加剧，甚至发生严重的损坏。1.3 本设计研究内容本课题以 X62W 万能铣床传动系统（主轴传动系统）为试验对象，进行特性分析和故障诊断。着重从试验方面介绍了试验仪器、DASP 系统软件的使用和试验的详细过程以及频谱分析等有关知识，具体内容如下：1.通过对 X62W 万能铣床传动系统进行分析，了解传动系统中各轴、轴承和齿轮的结构位置，进行测点的布置。2.以各轴、轴承、齿轮等特征频率的理论计算为基础，设置试验参数，搭建试验系统，进行数据采集。3.运用 DASP 系统软件与 X62W 万能铣床搭建一个测试系统并采集数据进行频谱分析。4.结合齿轮、轴承等传动系统部件有故障时的时域特征和频域特征，进行故障分析，提出诊断意见。频谱分析是本课题的关键，频谱分析可以有效地判别机床尤其是齿轮和轴承存在的故障。本次试验中主要选择的是自谱分析和倒频谱分析对齿轮、轴承等部件进行故障分析,查找故障部位和元件，提出诊断意见。毕业设计（论文）说明书8第二章 研究对象在本次设计的过程中，所研究的对象是 X62W 型卧式万能升降台铣床的床身与X6132-LT 型立铣头组合所组成的运动对象。经过改进，这台机床不仅具备卧式铣床的特点，而且具备立式铣床的特点。性能得到很大的提高，能够用最小的价值创造出最大使用价值，唯一缺陷是在使用精度上有所降低。2. 1 X62W 型卧式万能升降台铣床2. 1. 1 用途X62W 型卧式万能升降台铣床属于通用机床。主要用于单件、小批量和工具修理部门，也可以用于成批生产部门。该种铣床可用各种圆柱型铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀，加工各种平面、斜面、沟槽、齿轮等。如果使用 X6132-LT 型立铣头、圆工作台、分度头等铣床附件时，可以扩大机床的加工范围。X62W 型铣床的工作台可以向左、右个回转 45。当工作台转动一定角度，采用分度头附件时，可以加工各种螺旋槽。2.1.2 组成与布局X62W 卧式万能铣床的外形，组成与布局如图 2.1 所示。身是由底座、床身、升降台、床鞍、工作台、悬梁和刀杆支架等部件组成。床身是整个铣床的支撑骨架，用来搭建其他各个部分。底座是与地面联结的部分，关系到整台机床的稳定性，并且里面装有冷却液，从而形成了一个稳固的冷却箱。这两部分对机床的整个加工精度有很大的影响，并且关系到机床的总体寿命。而悬梁的前后移动通过齿轮、齿条来实现的。机床工作时悬梁由装在床身顶斜面的镶条来夹紧。悬梁前端安装刀杆支架，支架内装有滑动轴承，轴套与刀杆的间隙可以手动调节。2.1.3 传动原理为了实现加工过程中所需要的运动，机床必需具备以下部分：毕业设计（论文）说明书91. 执行部件：执行机床运动的部分，如刀具及工件安装装置，其任务是装夹刀具和工件并直接带动他们完成一定形式的运动和保持准确运动轨迹。2. 动力源：为执行件提供运动和动力的装置，即动力源，如电动机。3. 传动装置：传动运动和动力的装置，包括主传动部件和进给传动部件。通过他可以把运动源的动力和运动传递给执行件使之获得一定速度和方向的运动，也可以把两 个执行件联系起来，使两者保持某种确定的关系。各类升降台式铣床在传动布局方面的共同特点是，主轴和主变速，变向装置及其操纵机构安装在床身内部；工作台、床鞍及升降台在三个方向的进给运动由单独的电动机驱动。这类机床的传动系