基于LabVIEW的滚动轴承故障系统研究含程序及开题报告.zip
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基于LabVIEW的滚动轴承故障系统研究含程序及开题报告.zip,基于,LabVIEW,滚动轴承,故障,系统,研究,程序,开题,报告
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任务书论文(设计)题目：基于Labview的滚动轴承故障系统研究工作日期：2017年12月18日 2018年05月20日1.选题依据:在旋转机械中滚动轴承应用较为普遍，并且起着关键性作用，其运行状态是否正常往往直接影响整台机器的性能。旋转机械中由于滚动轴承损伤而引起的故障占到大约 30%。随着计算机的发展，以软件为核心的虚拟仪器开发的设备监测和故障诊断系统，有强大的优越性。所以基于Labview的滚动轴承故障系统研究使用虚拟仪器，实现对机器进行监测和故障诊断有着重要的理论意义和工程价值。2.论文要求(设计参数):毕业设计主要要求如下：1. 了解滚动轴承工作的原理、故障机理。2. 学会分析简单的滚动轴承故障诊断常用的信号处理方法。3. 能用LabVIEW对滚动轴承振动信号进行简单的处理。4. 搭建基于Labview的滚动轴承故障系统。3.个人工作重点:毕业设计主要工作重点如下：(1) 滚动轴承故障发生机理及表现； (2) 滚动轴承数据采集；(3) 典型滚动轴承故障的理论分析方法。(4) 基于Labview的滚动轴承故障系统搭建(5) 基于Labview的滚动轴承故障系统功能模块实现4.时间安排及应完成的工作:第1周：查阅文献， 了解基于Labview的滚动轴承故障系统研究的研究意义，研究现状。第2周：查阅文献， 了解基于Labview的滚动轴承故障系统研究的研究内容及思路。第3周：撰写毕业设计开题报告，及文献综述。第4周：完成毕业设计开题报告的撰写，文献综述的撰写。 第5周：掌握滚动轴承的基本结构和原理，常见故障。第6周：学习轴承故障信号分析的相关理论方法第7周：学习labVIEW的编程技术第8周：利用编程实例深入掌握labVIEW的编程思路。第9周：完成测试系统的整体框架搭建及功能模块。第10周：完成测试系统各功能模块的编程工作。第11周：完成测试系统的程序调试工作，完善测试系统。 第12周：完成毕业设计的初稿的前两章内容撰写。第13周：完成毕业设计的初稿的剩下内容撰写，并对毕业设计进行初步修改。 第14周：在指导教师的指导下完成毕业设计的最终修改。准备答辩5.应阅读的基本文献:张国远，朱善安.轴承的自动监测及故障诊断系统J.轴承，2005(01):32-34.2 贾永进.状态监测与故障诊断技术在设备维护应用J.设备管理与维修，2017(17):135-136.3 路亚峰，陈义军，温新岐，孙国忠，蒋先念.虚拟仪器技术研究现状与展望J.国外电子测量技术，2010，29(11):35-37.4 葛新峰，王志豪，顾青，唐澍.基于信号分析的滚动轴承故障诊断J.数据采集与处理，2010，25(S1):160-163.5 ZHANG Qi，YI Qing-ming，ZHOU Wei-xian，etc.A New Base-6 FFTAlgorithmJ.Semiconductor Photonics and Technology，2003(01):23-25.6 Chen P， Toyota T， He Z J. Automated function generation of symptom parameters andapplication to fault diagnosis of machinery under variable operating conditions J. IEEETransactions on Systems， Man and Cybernertics Part A:Systems andHumans，2011，32(6).7 高强，杜小山，范虹，孟庆丰.滚动轴承故障的EMD诊断方法研究J.振动工程学报，2007(01):15-18.8 Jiang Hongkai，He Zhengjia，Duan Chendong，Chen PengGearbox fault diagnosis usingadaptive redundant Lifting SchemeJ.Mechanical Systems and Signal Processing.2013.（1）：36-389 Dyer D， Syewart R M. Detection of Rolling Element Bearing Damage by StatisticalVibration Analysis J. Transactions of the ASME， Journal of Mechanical Design， 2006， 100(4):229-235.10 喻洋洋，周凤星，严保康.基于LabVIEW的滚动轴承故障诊断系统D.仪表技术与传感器，2016(03):74-76+85.11 朱可恒.滚动轴承振动信号特征提取及诊断方法研究M.大连理工大学，2013，10.指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章进度检查表第-1周工作进展情况了解基于Labview的滚动轴承故障系统研究的研究意义及研究现状；了 解基于Labview的滚动轴承故障系统研究的研究内容及思路；完成毕业设计开题报告的撰写，文献综述的撰写；完成开题报告的修改、开题答辩以及开题报告的提交。2018年01月11日指导教师意见通过对于文献的查阅和综述，基本上对于滚动轴承故障信号处理及LabVIEW系统的实现能够有清晰的认识，但是文献的阅读量还需要加强，只有对于别人的借鉴才能开启自己的思路。开题报告撰写较好，对于以后工作需要加强。指导教师(签字)：XX 2018年01月11日第 2周工作进展情况学习并掌握滚动轴承的基本结构和原理，常见故障；学习轴承故障信号分析的相关理论方法。2018年03月15日指导教师意见滚动轴承的基本结构和各个结构固有频率的计算，各个结构发生破坏各自的故障形式及表现要熟练掌握。常用的故障分析方法要进行理论学习。指导教师(签字)：XX 2018年04月03日第 4周工作进展情况对LabVIEW的开发环境、数据类型、程序结构、数据采集和信号分析与处理等相关基础操作进行学习，并利用编程实例深入掌握LabVIEW编程思路。2018年03月29日指导教师意见信号分析方法的原理要进行熟练把握，并且利用labview进行流程设计和代码实现。多参考实例，多练习。指导教师(签字)：XX 2018年04月03日第 6周工作进展情况完成测试系统的整体框架搭建及功能模块，并且运用LabVIEW完成各功能模块的编程工作2018年04月15日指导教师意见要切实明白测试系统的整体框架的硬件搭建和软件搭建，在软件搭建中合理布置各个功能模块的作用及数据引用。在调试程序中逐步完善功能模块的作用。指导教师(签字)：XX 2018年04月16日第 8周工作进展情况完成测试系统程序调试工作，完善测试系统；完成毕业设计初稿前两章的撰写。2018年05月21日指导教师意见完善测试系统的时候注意总体设计的严谨性及功能模块的便捷性，特别注意重点子vi的数据交换。论文初稿前两章内容需要注意参考论文的论述，避免重复。指导教师(签字)：XX 2018年05月21日第 10周工作进展情况完成毕业设计初稿剩下内容撰写，对毕业设计进行修改，最终定稿，准备答辩2018年05月21日指导教师意见在老师的指导下进行一稿二稿的修改，注意在描写软件系统中对于重要子vi进行详细介绍。注意图表公式等格式的修改。指导教师(签字)：XX 2018年05月21日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨32遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计12 过程管 理评语 该学生学习态度较为积极认真，在毕业设计完成过程中能够接受老师的指导，较为准时的完成老师布置的内容，该学生学习作风严谨踏实，并且能够自觉遵守学校对于毕业设计的相关规定及老师知道过程中的具体要求，在毕业设计中能够发现主要问题，并且能够主动对于此问题的解决方法与老师探讨研究，并且较为及时的调整毕业设计中的相关问题的解决方法及时修改或弥补毕业设计中的问题或不足，该学生对于编程拥有较强labview的能力，能够开发系 统框架及功能模块设计。开题报告内容较为合理准确，参考文献阅读量较为丰富，撰写格式基本符合要求。基本能够按照老师下达的进度计划按时完成各阶段的毕设内容。指导教师签字:XX日期:2018-05-21指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108指导教师评分合计16 指导教 师评语 该学生的毕业设计题目为基于Labview的滚动轴承故障系统研 究，该选题具有一定的工程研究价值及应用意义，该毕业设计包含理论部分滚动轴承故障信号分析方法，又包含程序应用部分labview的测试系统设计，该学生具有一定的创新性，难度适宜，工 作量较为饱满。通过毕业设计的锻炼，该学生掌握了较强的交叉理论知识、科研方法的运用能力，中英文表达及文献查阅，综述论文撰写能力。该论文文题相符，概念准确，分析方法较为准确，软件框架设计较为合理，功能模块较为完善，论文结构、撰写格式需进一步修改。该论文达到了预期培养目标，故同意该学生参加答辩。指导教师签字:XX日期:2018-05-21评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力53完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规106评阅人评分合计13 评阅人 评语 利用LabVIEW平台设计滚动轴承故障诊断系统，不仅可以为生产实际提供检测手段，而且可以培养学生机械工程专业技术知识和计算机应用能力，因此选题符合培养目标要求，且具有一定的实践意义，论文研究内容较好，深度难度适中。该生在查阅和认真总结专业技术知识与计算机综合技术的基础上，以LabVIEW为平台完成了基于振动信号的滚动轴承故障系统的研究，搭建了系统界面，完成了信号分析，彰显了该生具备深厚的专业技术知识，学会了综合运用知识的能力，不过论文中没有利用该系统对实测信号进行分析的结果，无法验证系统的正确性。论文撰写文题相符，条理基本清楚，基本达到本科生毕业论文要求，同意参加答辩。评阅人签字：XX评阅人工作单位：机械工程学院日期：2018-05-22答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX毕业论文(设计)题目： 基于Labview的滚动轴承故障系统研究答辩时间：2018年05月 日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XXXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：EMD，小波分析在系统中为什么不做时频域分析？ 回 答： 因为时频域分析涉及的基础知识太多问题2：Matlab与LabVIEW如何结合？回 答： LabVIEW中有matlab的调用节点。问题3：EMD如何解调？回 答： 先进行EMD对时频信号进行分解IMF分量之后重构，重构后进行包络分析。问题4：LabVIEW求包络后的人机端口？回 答： EMD分解后进行重构后进行选择模块添加。问题5：诊断系统对于滚动轴承故障有没有考虑故障同时发生？ 回 答： 没有实验数据，所以系统中没有验证。记录人： 2018年05月24日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理109答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据109选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规109能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力109答辩委员会评分合计41 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度认真，能遵守各项纪律，表现良好。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析得当，解决问题方案实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语言表达准确，结构严谨，条理清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，规范化较好。 具有一定的独立查阅文献资料及外语应用能力，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确。 答辩过程中，能够简明和正确地阐述论文的主要内容，思路清晰，论点基本正确；回答问题准确，有应变力；有较好的语言表达能力。答辩成绩： 41答辩委员会主任：XX成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分12指导教师评分16评阅人评分13答辩委员会评分41总分82成绩等级B成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX学院审核人签章： XX一、选题依据1论文（设计）题目基于 Labview 的滚动轴承的故障分析系统2研究领域运用 labVIEW 虚拟仪器编程实现滚动轴承故障的数据采集和分析。运用到材料力学、测试技术、控制工程、机械设计等多个领域知识以及 labVIEW 编程知识3论文（设计）工作的理论意义和应用价值在旋转机械中滚动轴承应用较为普遍，并且起着关键性作用，其运行状态是否正常往往直接影响整台机器的性能。旋转机械中由于滚动轴承损伤而引起的故障占到大约 30%1。与别的机械零部件相比，滚动轴承有一个很大的特点，这就是其寿命离散性很大，即用同样的材料，同样的加工工艺，同样的生产设备，同样的工人加工出一批轴承，其寿命相差很大。由于轴承的这个特点，在实际使用中就出现这样一种情况， 即有的轴承已大大超过设计寿命而依然完好地工作，而有的轴承远未达到设计寿命就出现各种故障2。所以对轴承进行定时维修尤其显得很不科学。采用滚动轴承作为状态监测和故障诊断研究的对象，不但可以防止机械工作精度下降，减少或杜绝事故发生，而且可以最大限度地发挥轴承的工作潜力，节约开支，对于搞好整个机械设备维修和管理有着现实的意义3。 采用传统仪器达到对轴承的预知维修的目的，并不是很好的选择，传统的状态检测和故障诊断仪器的系统功能单一、分析内容不够丰富、开发周期长、价格昂贵、普通用户难以接受。随着计算机的发展，以软件为核心的虚拟仪器开发的设备监测和故障诊断系统应运而生。虚拟仪器利用计算机来控制相应的与其链接的，具有益气功能的硬件，能够完成对输入、输出信号的采集、控制、数据分析和显示，能够实现传统仪器的功能。与传统的测量仪器的设计方法相比，它具有成本低、功能强大、集成度高、质量可靠、维护方便等优点4。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的一期结构不断出现， 在许多方面已经冲破了传统的概念，电子测量仪器的功能和左右发生了质的变化。虚拟仪器是在 PC 基础上通过增加相关软件和硬件构成的、具有可视化界面的可重合测试仪器系统。所以使用虚拟仪器，实现对机器进行监测和故障诊断，对于现代企业预测故障隐患，按状态检修，改善检修环境有着重要的现实意义。因此，和传统仪器相比，虚拟仪器具有强大的优越性5。 如上所述，在虚拟仪平器台的基础上，采取将智能诊断技术与信号处理方法的结合，实现滚动轴承的离线和在线的状态监测和智能故障诊断，并把滚动轴承的监测和诊断系统开发成远程监控系统，是目前轴承诊断系统的新发展方向，是现代化技术和生产发展的必然趋势6。 4目前研究的现状以及发展趋势滚动轴承由于其特殊性，对其故障监测和诊断方法的研究一直是近年来国内外发展机械故障诊断技术的重点。其发展状况如下： 最原始的方法是将听音棒或螺丝刀接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。出现各种测振仪后，可用振动位移、速度或加速度的均方根值和峰值来判断轴承有无故障，这可以减少对人为经验的依赖，但仍很难发现早期故障。60 年代瑞典一公司发明了冲击脉冲计(Shock Pulse Meter) 来检测轴承损伤，既快速、简单又准确。70 年代日本新日铁株式会社研制了 MCV-021A 机器检测仪(MachineChecker)，可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异常信号。80 年代日本精工公司(NSK) 相继研制了轴承监视仪 NB-1、NB-2、NB-3、NB-4 型。利用 1KHZ15KHZ 范围内的轴承振动信号，测量其 RMS 值和峰值来检测轴承的故障。由于去掉了低频干扰，灵敏度有所提高，其中还有报警装置7-9。随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，加之，快速傅立叶变换技术的发展，开创了用频域分析方法来检测和诊断轴承的故障。就技术手段而言，故障诊断已逐步形成以振动测试、油样分析、温度监测等为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最为广泛，理论基础最为雄厚、研究最为充分。振动监测方法分为时域分析和频域分析，时域分析方法比较简便，适宜于噪声干扰小的场合， 是简易诊断的好方法；频域诊断方法中，共振解调方法最为可靠，而且非常成熟，适宜于轴承故障的精密诊断10。随着滚动轴承信号处理技术的发展，现已有多种信号处理技术应用于滚动轴承的故障诊断和监测。如频率细化技术、倒频谱等，在信号预处理上采用了各种滤波技术， 如相干波，自适应滤波等，提高了诊断灵敏度。但是先进的理论需要先进的监测技术和仪器仪表的支持，否则其研究、设计、应用都很难发展。目前，用于诊断轴承故障的仪器设备采用的故障诊断信号识别主要是模拟检测系统，如分析仪、幅值分析仪、电平记录仪等。但是，这些传统的诊断仪器仪器功能单一、价格昂贵。随着计算机技术的发展，以软件为核心的虚拟仪器弥补了传统测试仪器的不足， 虚拟仪器是计算机系统与仪器系统有机结合的产物。作为现代仪器仪表发展的方向， 虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业，美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国。到 1994 年底虚拟仪器制造厂已达 95 家，共生产 1000 多种虚拟仪器产品，销售额达 2.93 亿美元，占据整个仪器销售额 73 亿元的 4%。到 1996 年虚拟仪器已在仪器仪表市场中占有 10%的份额，生产虚拟仪器的主要厂家 NI、HP 等公司，目前都生产数百个型号的虚拟仪器产品11。这些产品在国际市场上有较强的竞争力，已进入中国市场。国内虚拟仪器研究的起步较晚，最早的研究也是从引进肖化NI 的产品开始。但经过多年的研究，我国已经在虚拟仪器方面形成了自己的特色12。李博开发了基于 LabVIEW 软件平台的 HHT 方法信号分析模块。并在此基础上以谐波信号为检验信号，对所开发的软件进行测试与验证。利用研究所的滚动轴承故障实验平台，搭建了轴承故障测试系统，针对滚动轴承内、外圈单点故障的振动信号， 利用本文开发的基于 LabVIEW 的 HHT 信号分析模块进行了分析，得到了与真实故障相对应的诊断结果。他的研究取得的成果丰富了信号处理及故障诊断领域的内容13 。孙二敬开发的基于 labVIEW 的多传感器信息采集平台能有效地对不同的多传感器信息融合算法效果进行评估，采用相同的实验环境、相同的数据源。他以实际使用的传感器 IMU 和 GPS 接收板为例，选用 LabVIEW 与传统 C 语言相结合的软件工具，搭建了基于虚拟仪器的多传感器信息采集平台，实现了数据采集、预处理、存储、显示以及回放等多种功能14。刘单进行的基于 labVIEW 并行通信的数据采集与处理系统研究，在 PC 机上运用虚拟仪器能共享硬件和软件资源，快速、方便地组建各种数字信号处理系统，并可以方便地利用计算机的强大功能，进行信号分析、数据处理、存储以及图形化显示等， 从而实现数据信号的处理。该系统是在 NatinoalInstrumentsCompnay 推出的一种基于G 语言的虚拟仪器软件开发工具 LbaVIEW 环境下开发的，针对课题内容编写了数据采集及存储模块，通过对硬件控制程序的编写实现了对非 Nl 驱动硬件的操作，结合具体使用条件编写数据采样程序。系统提供了丰富的数据分析功能，并对系统数据分析功能进行了详细的说明。介绍了数据储存和回放、数据处理、数据采集模块15。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题滚动轴承的典型故障的理论方法研究以及 Labview 测试系统搭建。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1) 对滚动轴承的故障机理进行讨论，研究滚动轴承常见失效形式及故障振动信号的特征。故障类别：1) 磨损失效2) 疲劳失效3) 腐蚀失效4) 压痕失效5) 断裂失效6) 胶合失效(2) 数据采集（labview）(3) 用传统的时域和频域分析方法进行分析，获取故障特征信号。1) 时域分析2) 频域分析3) EMD 分析(4) Labview 测试系统搭建，开发滚动轴承的故障诊断分析程序，构建机械故障状态监测和故障诊断系统。功能模块：1) 数据采集参数设置模块2) 数据保存及读取模块3) 时域分析模块4) 频域分析模块5) EMD 分析模块3.本论文（设计）预期取得的成果了解滚动轴承工作的原理、故障机理，学会分析简单的滚动轴承故障诊断常用的信号处理方法。能用 LabVIEW 对滚动轴承振动信号进行简单的处理。 三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1） 理论分析方法：1) 时域分析法时域波形反映信号的幅值随着时间变化而变化的关系，时域波形直观、易于观察，可以通过对时域波形特征参数的监测实现滚动轴承早期故障的诊断。使用的数字特征有：峰值、均方根植、方差等有量纲特征参量和自相关函数、互相关函数以及峰值因子、波形因子、脉冲因子、峭度系数等无量纲特征参量。峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的诊断。另外，对于转速较低(如 300r/min 以下)的情况也采用峰值进行诊断。均值在工程测试中描述的是静态物理量，如静力等，其优点是检测较峰值稳定，但一般用于转速较高的情况(如 300r/min)。均方根值应用于像磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。峭度系数对滚动轴承的点蚀很敏感，是滚动轴承诊断的重要参数。比如：滚动轴承的振动信号是正态分布的，其峭度值约为 3，当轴承出现故障时，其峭度值大于 3。2) 频域分析法频域分析法是把复杂的振动信号分解为多个不同频率的简谐振动信号，以频率为变量来描述信号的方法。轴承的振动频谱分为低频、中频和高频三个频段。低频信号是指频率低于 1KHz 的振动，由于实际工作中的滚动轴承的故障频率通常都在1KHz 以下，因此，可以直接通过振动信号的波形图或根据频谱图上相应的特征谱线状况对可能的故障原因加以确定；中频信号的频率范围为 IKHz-20KHz，在此频段可采用共振解调方法进行故障诊断；高频信号的频率范围是 20KHz-80KHz，可利用加速度传感器的谐振或专门设计谐振电路来放大由于冲击而形成的衰减振动信号， 以获得早期诊断信息。频谱图的幅值有两种表示法：一种以振幅(均方根值或峰值)形式表示，称为幅值谱。幅值谱分析是直接对采样所得的时域信号进行傅立叶变换，求得关于该时域信号的频率构成信息，在各种分析方法中，傅立叶变换是频谱分析的基础；另一种以能量形式表示，称为功率谱。3) 经验模态分解（EMD）法经验模态分解（EMD）方法是一种全新的处理非平稳数据序列的方法，EMD 方法将时间信号 X(t)分解成一系列本征模态函数 IMF，每个 IMF 分量具有如下特征：I: 从全局特性上看，极值点数必须和过零点数一致或者至多相差一个；II: 在某一个局部点，极大值包络和极小值包络在该点的值的算术平均和是零。（2） Labview 系统开发：软件设计由两部分组成：前面板和流程图。在前面板，输入用输入控件 (Control)来实现，程序运行的结果由输出控件(Indicator)来完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码，通过它对信号数据的输入和输出进行指定。本检测系统的上位机数据处理软件设计主要完成：数据采集与读写、数据分析处理、故障识别显示等。1) 数据采集模块数据采集模块的主要功能就是对数据的采集与存储。在进行数据采集前，首要先进行数据采集卡的参数设置。没有把采集卡参数设置在程序中而是让用户自己设置的好处在于，针对不同的采集卡，系统都不需要到后台修改代码，而自动识别功能。同时，采集参数设置模块采用报警机制，数据保存与读取模块采用波形类型数据的存储与读取，更加方便与高效。2) 时域、频域分析模块时域波形反映信号的幅值随着时间变化而变化的关系。时域波形直观、易于观察,轴承故障的时域诊断的最大优势是不依赖设备转速与轴承的技术参数。时域分析模块用于离线后对存储的数据进行时域分析；频域模块主要功能用于在滚动轴承时域振动信号的监测发现异常，用来判定滚动轴承的故障部位。3) 故障辨识模块系统中可以添加故障特征频率设置模块，这样当人们想知道不同型号轴承的故障特征频率时，就不需要先用手工进行计算，直接输入需要知道轴承的参数，方便实用。用来对报警中需要用到的峰值因子和峭度因子，通过设置来确定，这样可以通过前台来改变临界值。根据经验，服从正态分布的正常的轴承信号，峭度值约为 3， 峰值因子在 4.55.5 之间。当测得数据的峭度值大于 3，峰值因子也将超出标准范围时，可认为应该对轴承进行密切监视。2.论文（设计）进度计划第 1 周查阅文献，了解基于 Labview 的滚动轴承故障系统研究的研究意义 。第 2 周了解基于 Labview 的滚动轴承故障系统研究的研究内容及思路。第 3 周撰写毕业设计开题报告，及文献综述。第 4 周完成毕业设计开题报告的撰写，文献综述的撰写。第 5 周掌握滚动轴承的基本结构和原理，常见故障。第 6 周学习轴承故障信号分析的相关理论方法第 7 周学习 LabVIEW 的编程技术第 8 周利用编程实例深入掌握 LabVIEW 的编程思路。第 9 周完成测试系统的整体框架搭建及功能模块。第 10 周 完成测试系统各功能模块的编程工作。第 11 周 完成测试系统的程序调试工作，完善测试系统。第 12 周 完成毕业设计的初稿的前两章内容撰写。第 13 周 完成毕业设计的初稿的剩下内容撰写，并对毕业设计进行初步修改。第 14 周 在指导教师的指导下完成毕业设计的最终修改，准备答辩四、需要阅读的参考文献1 张国远，朱善安.轴承的自动监测及故障诊断系统J.轴承，2005(01):32-34. 2 贾永进.状态监测与故障诊断技术在设备维护应用J.设备管理与维修，2017(17):135-136. 3 路亚峰，陈义军，温新岐，孙国忠，蒋先念.虚拟仪器技术研究现状与展望J.国外电子测量技术，2010，29(11):35-37. 4 葛新峰，王志豪，顾青，唐澍.基于信号分析的滚动轴承故障诊断J.数据采集与处理，2010， 25(S1):160-163. 5 ZHANG Qi，YI Qing-ming，ZHOU Wei-xian，etc.A New Base-6 FFT AlgorithmJ.Semiconductor Photonics and Technology，2003(01):23-25. 6 Chen P， Toyota T， He Z J. Automated function generation of symptom parameters and application to fault diagnosis of machinery under variable operating conditions J. IEEE Transactions on Systems， Man and Cybernertics Part A:Systems and Humans，2011，32(6). 7 高强，杜小山，范虹，孟庆丰.滚动轴承故障的 EMD 诊断方法研究J.振动工程学报， 2007(01):15-18. 8 Jiang Hongkai，He Zhengjia，Duan Chendong，Chen PengGearbox fault diagnosis using adaptive redundant Lifting SchemeJ.Mechanical Systems and Signal Processing.2013.（1）：36-38 9 Dyer D， Syewart R M. Detection of Rolling Element Bearing Damage by Statistical Vibration Analysis J. Transactions of the ASME， Journal of Mechanical Design， 2006， 100(4): 229-235. 10 喻洋洋，周凤星，严保康.基于 LabVIEW 的滚动轴承故障诊断系统D.仪表技术与传感器， 2016(03):74-76+85. 11 朱可恒.滚动轴承振动信号特征提取及诊断方法研究M.大连理工大学，2013，10. 12 付新哲，张优云，朱永生.滚动轴承故障诊断的案例推理方法J.西安交通大学学报，2011， 45(11):79-84. 13 李博.基于 LabVIEW 的 HHT 方法实现及在轴承故障诊断中的应用研究D.太原理工大学， 2008. 14 孙二敬.基于 LabVIEW 的多传感器信息采集平台J.北京交通大学出版社，2006. 15 刘单.基于 LabVIEW 的数据采集与处理系统研究D.武汉理工大学，2006. 附：文献综述或报告文献综述基于Labview的滚动轴承的故障分析系统摘 要：滚动轴承是机械设备旋转机械中最常用的部件，在生产中起着关键性作用， 因此其运行状态是否正常往往直接影响整台机器的性能。本文将利用时域与频域分析方法进行分析，获取滚动轴承故障特征信号，并设计测试系统来实现对滚动轴承故障类型的诊断与识别，最终用 Labview 技术对测试软件进行开发。 关键词：滚动轴承，故障诊断，诊断系统，labview 引言 滚动轴承是旋转机械中应用最广泛的机械部件，在旋转机械中起着关键的作用， 同时也是机械设备中最易损故障零件之一1。滚动轴承运行状态是否正常直接影响整机的性能。所以正确诊断轴承故障，对延长旋转机械的使用寿命、节省维修费用、保证机器设备正常运行、避免事故有很大的实际意义2。然而传统的状态检测和故障诊断仪器的系统功能单一、分析内容不够丰富、开发周期长、价格昂贵、普通用户难以接受。随着计算机技术的发展,以软件为核心的虚拟仪器弥补了传统测试仪器的不足， 虚拟仪器是计算机系统与仪器系统有机结合的产物，虚拟仪器有以下特点： 1） 人机界面友好，操作简单（基于 G 语言），能够直观的显示轴承振动信号的频域波形、参数值、频域波形和诊断结论，完成检测波形的存储和查询。 2） 利用第三方软件，实现系统的远程监测，体现虚拟仪器和 PC 机结合的优势。 3) 能同时采用多种手段进行诊断，可以提高诊断的准确性。另外，虚拟仪器相比硬件分析设备，节省的经济成本3。 一、 滚动轴承的典型故障和振动机理 故障机理是设备状态监测与故障诊断的基础,而故障信号的采集是故障诊断的前提,所以故障诊断系统必须从研究滚动轴承信号开始。但由于滚动轴承破坏形式复杂, 且反映运转状态信息的能量往往很微弱,因此对轴承故障的诊断带来了一定的困难。而滚动轴承在工作过程中直接接触回转部分,长时间使用后必然产生振动和噪声,因此滚动轴承的振动和噪声将成为其故障诊断的重要依据4。 （1） 滚动轴承的振动机理 当滚动轴承在运转时，一般是外圈与轴承座或机壳相连接，固定或相对固定，内圈与机械的传动轴相连接，随轴一起转动。当轴以一定速度并在一定荷载下运转时， 轴承滚动表面损伤的形式和轴承轴的旋转速度，决定了激振力的频率，轴承和外壳决定了振动系统的传递特性。因此，振动系统的最终频率，由以上两者共同决定3。 引起滚动轴承振动的因素很多，有本身轴承转动引起的振动，有由于人为因素引起的振动，也有由于轴承产生故障以后引起的故障5-6。 （2） 滚动轴承发生故障的类型 滚动轴承有很多种损坏形式,常见以下几种7-9： 1) 磨损失效 磨损是滚动轴承中最常见的一种失效形式,在滚动轴承运转过程中,滚动体和套圈之间存在滑动,这些滑动会引起零件接触面的磨损。当磨损量较大时,轴承便产生游隙噪声,振动增大。 2) 疲劳失效 在滚动轴承中,滚动体或套圈滚动表面由于接触负荷的反复作用,从表面下形成细小裂纹,随着以后的持续负荷运转,裂纹逐步发展到表面,致使材料像岩块一样裂开, 直至金属表面层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式叫疲劳失效。轴承运转时,一旦发现疲劳剥落,其振动和噪声都将急剧恶化。 3) 腐蚀失效 轴承零件表面的腐蚀分为三种,化学腐蚀、电腐蚀、微振腐蚀。轴承的腐蚀斑是以后损坏的起点。 4) 压痕失效 压痕主要是由于滚动轴承受负荷后,在滚动体和滚道接触处产生塑性变形。负荷过量时会在滚道表面形成塑性变形凹坑。 5) 断裂失效 造成轴承零件破断和裂纹的重要原因是由于运行时荷载过大、转速过高或装配不善而产生过大的热应力也有的是由于磨削或热处理不当而导致的。 6) 胶合失效 滑动接触的两表面,一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合。对于滚动轴承,当滚动体在保持架内卡住,或者润滑不足、速度过高造成摩擦热过大,使保持架的材料粘附到滚子上面而形成胶合。 二、 理论分析方法 （1） 时域分析方法 时域波形反映信号的幅值随着时间变化而变化的关系，时域波形直观、易于观察， 可以通过对时域波形特征参数的监测实现滚动轴承早期故障的诊断。使用的数字特征有：峰值、均方根植、方差等有量纲特征参量和自相关函数、互相关函数以及峰值因子、波形因子、脉冲因子、峭度系数等无量纲特征参量。峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的诊断。另外，对于转速较低(如 300r/min 以下)的情况也采用峰值进行诊断。均值在工程测试中描述的是静态物理量，如静力等，其优点是检测较峰值稳定，但一般用于转速较高的情况(如300r/min)。均方根值应用于像磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。峭度系数对滚动轴承的点蚀很敏感，是滚动轴承诊断的重要参数。比如：滚动轴承的振动信号是正态分布的，其峭度值约为 3，当轴承出现故障时，其峭度值大于 310-11。 （2） 频域分析方法 频域分析的基础是频谱分析，即分析动态信号的幅值、相位、功率和能量随频率的变化关系。频谱分析主要包括功率谱密度函数分析、细化谱分析、倒频谱分析、冲击响应谱分析、最大嫡谱分析以及全息谱分析等。频域分析是机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。因为故障在发生、发展时都会引起频率结构的变化。频域分析还研究系统的传递特性、系统的输入与输出关系。这可以帮助我们了解系统的固有特性以及故障源的信息如何传递变化等12-13。 （3） 经验模态分解（EMD）法n经验模态分解（EMD）方法是一种全新的处理非平稳数据序列的方法，EMD 方法将时间信号 X(t)分解成一系列本征模态函数 IMF14：C (t )=ci (t )+rn (t )i=1每个 IMF 分量具有如下特征：i) 从全局特性上看，极值点数必须和过零点数一致或者至多相差一个；ii) 在某一个局部点，极大值包络和极小值包络在该点的值的算术平均和是零。三、测试系统开发 （1） 功能模块：测试系统功能模块大体设置为：数据采集在线诊断；时域分析模块；频域分析模块；故障辨识模块；帮助信息模块。（2） Labview 系统搭建 数据数据采集系统就是一个虚拟仪器系统,它的任务主要是实现对实验台上轴承振动信号的采集。由于电压和电流的范围很大因此需要外接信号调理电路,使信号变换到数据采集设备的输入范围之内15。 为获得轴承振动信号,利用三相异步电机的驱动装置带动轴承内圈转动,用型加速度传感器获得振动信号,经过藕合器转换为电压信号,经过接口端子板进行数据传输,通过电缆传入一数据采集卡进行 A/D 转换,把模拟信号量转换为数字信号量,在计算机中对进行现场分析或存入磁盘等待以后分析。在这个过程中,数据采集的分析计算的任务都交给了工控机计算机进行。如下图 1 所示是本信号采集硬件组合框图。 滚动轴承 传感器 计算机 A/D 采集卡 信号检测 图 1 信号采集硬件组合框图 （3） 基于 L
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