机电设备状态监测与故障诊断实验指导书

1、机电设备状态监测与故障诊断实验指导书场存智编徐州师范大学机电工程学院实验一数据采集及信号处理 2实验二 旋转机械的振动监测与故障诊断 6实验三设备状态监测与故障诊断系统 10实验一数据采集及信号处理一、实验目的1. 数据采集的方法及特点、数据采集仪器的类型及作用；2. 数据采集的接口，常用信号处理；3. 学会数据采集系统的安装调试方法。二、实验仪器SB-811型检测实验台，主要仪器有压电加速度式传感器、压电加速度转换电路、低频振荡器、振动台，直流稳压电源、数字电压表，数据采集卡，实验软件等。三、实验内容检测压电式加速度传感器的振动信号并进行数据采集。四、实验步骤1. 将压电加速度式传感器置于台

2、架上固定好。2. 观察传感器结构，其屮包括双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引岀电极等，其中惯性质量块在传感器振动时，对陶瓷晶片产生正比于加速度的交变力，压电陶瓷片在交变力的作用下输出正比于加速度的信号。3. 按图1接线，并将低频振荡器输出接到振动台小板上的振动线圈。4?数据采集卡已安装于仪器内部，用通讯线将数据采集卡与计算机空闲的COM口相连。5. 接通电源，可先通过示波器观察输出波形。然后利用数据采集系统采集振动波形。1数 V采纟1F算 机-1显于I打印电1i放:甘1荷.大器T低通滤波器/ U1压电式传感器图1数据采集与信号处理实验原理框图五、思考题1. 说明计算机数据采集系统的组成及各部

3、分的作用。2. 分析为什么振幅越大，输出波形的峰值也越大？附：计算机数据采集 系统的使用方法采集系统的组成1? 数据采集卡数据采集卡已安装于仪器内部，其采集的数据即为实验设备上数字电 压 表的信号输入端。技术指标为： 12 位 A/D 转换；分辨率 1/2048 ； 采样周 期 Ims ? 1000ms,可口行设定；采集方式分单次和连续两种模式，单次模式 用于采集 一个静态的数据，连续模式用于采集动态的连续数据。2. 实验软件 提供一张软盘，运行软盘中的 setup, exe 文件，按照提示进行安装。3. 通讯约定利用计算机的串行接口 RS232,波特率28800, 1个停止位，无奇偶校 验位

4、。二、实验软件的使用1?实验前先用随机的通讯线将数据采集卡与计算机空闲的COM 口相连。2. 在通讯设置选择所连接的 COM。3. 在实验箱上进行实验操作，直到获得实验结果。4?点击“新建实验”按钮，在“新建实验”窗口中设置好实验信息。选择采集方式分单次或连续。单次采集每组最多采集 30 个数据，实验结果曲线可以用实验点、点间 连 线、拟合线三种方式任意显示，可以同屏显示几组的实验曲线用于进行 比较。连续采集最高采样频率为 lKHz, 最长采集吋间为 10so 连续采集的实 验曲 线可以按时间轴任意缩放。5?点击“开始实验”按钮，开始当前一次的实验。单次采集吋在实验 列 表中选择一个实验点，在

5、相应的单元格中点击左边的“采集”按钮，采集当前的实验数据。连续采集时点击“开始实验”按钮，立即开始当前一 次的实 验并马上开始采集，采集结果显示在当前的实验列表中，每次实验 最多可以 做 4 次。6. 其它按钮的功能(1) “画曲线”按钮：按照实验列表中的数据中的数据显示实验曲线 , 当数据实验变化或更改设置后，都需耍点击“画曲线”按钮进行重画。(2) “保存实验”按钮：将试验结果保存到文件中。(3) “打开实验”按钮：打开用“保持实验”按钮保存的实验结果。(4) “打印”按钮： 将实验结果打印出来， 打印前应检查计算机的打印 机 设置。(5) “帮助”按钮：用于查看联机帮助信息。三、故障分析

6、1. 不能进入软件主界而：请检查是否按要求将附带的软件正确安装。2. 不能打开COM口 :请检查Windows系统中“调制解调器”选项中的 断”项目；检查该COM 口是否被占用或该COM 口的中断号是否与其它硬件有冲突。3. 不能进行采集:检查实验箱与计算机的通讯线是否正常连接或实验是否开机。数据采集及信号处理实验报告班级 姓名 学号 同组实验人姓名 实验日期 、 实 验口的、 实 验仪器、实验内容四、实验步骤五、思考题1. 说明计算机数据采集系统的组成及各部分的作用。2. 分析为什么振幅越大，输出波形的峰值也越大？实验二旋转机械的振动监测与故障诊断一、实验II的通过本实验使学生掌握轴承与齿轮

7、故障诊断的一般方法，初步学会数据分析的原理及方法。二、实验仪器1 ?机械故障信号发生器1套2.压电式加速试想传感器2个3 ?光电速度传感器1个4.电何放大器1台5.数据米集卡1块6.计算机1台7 ?信号分析软件1套三、实验原理本实验中采用的故障信号发生器，是可以模拟多种故障信号的仪器，其原理如图2所示。1联轴器；2轴承座；3花键轴；4多联齿轮；5轴承座；6轴；7齿轮图2故障模拟结构原理图轴承座2中的轴承可随需要更换，本仪器已配备了各种故障齿轮。多 联 齿轮4上预设了多种常见齿轮故障，通过拔叉可使多联齿轮 4上带有某 种典 型故障的齿轮与齿轮7联接。本实验采用振动监测法分别检测滚动轴承和齿轮的故

8、障。当滚动轴承 或齿轮 出现故障时，均会引起系统振动特性的变化，因此，采用压电式加 速度传感 器检测相关部位的振动信号，经电荷放大器、数据采集卡后送入 计算机，对 信号进行时域和频域分析，如图 3所示。结合滚动轴承故障信 号特征，可对滚动轴承的故障进行诊断；结合齿轮故障信号的特征，可对齿轮的故障进行诊断。故障发生器电荷放大器:数据采集卡计算机图3机械故障诊断系统图四、实验步骤（一）齿轮1. 拔动拔叉使图2-1中滑移齿轮中断齿的齿轮与上级齿轮轮啮合。2. 按图2-2将故障诊断系统联接好，将压电式加速度传感器用螺柱I古I定在轴3的轴承座上。3. 按传感器标定值，将电荷放大器的适调开关置于对应数值，

9、接线无误后，将调压器旋钮置于 “0”，开启机械故障信号发生器、电荷放大器、计算机。4. 调整调压手轮，用测速表测定转速为500rpm以上即可。5. 在计算机上通过信号分析软件，对信号进行时域和频域分析。（一）轴承1. 在图2-1的轴承座上安装一个设置故障的 207轴承，张紧皮带。2. 按图2-2将故障诊断系统联接好，将压电式加速度传感器用螺柱固定在轴承座上。3. 按传感器标定值，将电荷放大器的适调开关置于对应数值，接线无误后，将调压器旋钮置于 “0”，开启机械故障信号发生器，电荷放大器、计算机。4. 调整调压手轮，有测速表测定转速为500rpm以上即可。5. 在计算机上通过信号分析软件，对信号

10、进行时域和频域分析。五、实验数据处理1. 计算出滚动轴承内、外圈、滚动体的故障特征频率。2. 根据分析结果判断轴承故障点。3. 计算出齿轮传动的啮合频率。4. 根据分析结查判断齿轮故障。六、思考题1. 绘出内环外环滚动体损伤的特征频谱图。2. 故障齿轮振动频谱中的边频带是怎样产生的？附：一、轴承参数表1轴承型号207滚动体个数Z9滚动体直径d11接触角Q0内径Di35外径D272内环安装直径D342外环安装直径D465轴承节径D53.5表2主动齿轮m=4z=20从动齿轮m=4z=30旋转机械的振动监测与故障诊断实验报告班级 姓名 学 号 同组实验人姓名 实验 R 期 一、实验目的二、实验仪器三

11、、实验原理四、实验步骤五、实验数据处理六、思考题1. 绘出内环外环滚动体损伤的特征频谱图。2. 故障齿轮振动频谱中的边频带是怎样产生的？实验三设备状态监测与故障诊断系统一、实验II的1. 本实验是设计性实验，要求学生根据要检测的设备设计实验系统 （如车 床变速箱故障诊断）。2. 通过实验掌握旋转机械性能及故障的检测方法，3?正确选择实验仪器，并安装调试。二、实验仪器及设备C616车床变速箱（可选择其它设备）、压电加速度计、电磁激振器、电涡 流位移测量仪、电容位移测量仪、电荷放大器、电压放大器。功率放大器、毫伏表、信号发生器、频谱分析仪、光线示波器等。Z2Z1电机Z31465rpmZ5Z4"OPllZ6 z? Z8图4 C616车床变速箱传动系统简图表3 C616车床变速箱传动系统齿轮数齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8齿数3319342228324538三、实验原理步骤及内容1.车床主轴的回转精度测试。从上述仪器中选择合适的仪器，组成测 量系统测量车主轴的回转精度。2.车床变速箱故障诊断。车床变速箱存在故障，可能齿轮有问题，从上述仪器中选择合适的仪器组成测量系统，找出变速箱故障的原因。四、实验注意事项1. 实验前，应根据实验要求查阅相关资料，掌握基木理论。2. 在了解实验原理的基础上，写出实验步骤，应认真检查实验步骤及内容，确保正确。3. 组成系统后，应仔细检查各部