机械故障诊断技术实验报告

课程名称：机械故障诊断技术院系：机械工程系学号：20107150姓名：龚华德指导教师：李奕璠西南交通大学峨眉校区西南交通大学峨眉校区实验报告课程名称：机械故障诊断技术实验实验名称：转子实验台综合实验指导教师：李奕璠学号：20107150班级：机制1班姓名：龚华德实验日期：2013年10月16日成绩：实验报告要求：简述上述每个实验目的和原理。图2、速度传感器振动测量图2、速度传感器振动测量答、〔1〕转子实验台底座振动测量目的和原理对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量。将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到变送器相应的端口，再将变送器输出的信号接到采集仪的相应通道，输入到计算机中。启动转子试验台，调整转速。观察并记录得到的振动信号波形和频谱，观察改变转子试验台转速后，振动信号、频谱的变化规律。〔2〕实验台转速测量目的和实验对于多功能转子实验台转速，可以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。1〕采用光电传感器测量：将反光纸贴在圆盘的侧面，调整光电传感器的位置，一般推荐把传感器探头放置在被测物体前2～3cm，并使其前面的红外光源对准反光纸，使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮，反光纸转过后探测指示灯不亮〔必要时可调节传感器后部的敏感度电位器〕。当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。编写转速测量脚本，将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中。启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行屡次测量。2〕采用磁电传感器测量：将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。在发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。如设齿轮齿数为N，转速为n，脉冲频率为f，那么有：n=f/N。通常，转速的单位是转/分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60×f/N。在使用60齿的发讯齿轮时，就可以得到一个简单的转速公式n=f。所以，就可以使用频率计测量转速。这就是在工业中转速测量中发讯齿轮多为60齿的原因。编写转速测量脚本，将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中。启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行屡次测量。〔3〕轴心轨迹测量目的和原理。轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，在忽略轴的圆度误差的情况下，可以将两个电涡流位移传感器探头安装到实验台中部的传感器支架上，相互成90度，并调好两个探头到主轴的距离〔约1.6mm〕，标准是使从前置器输出的信号刚好为0〔mV〕。这时，转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的轴心拷贝上述每个实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中。图1转速测量波形图图2振动测量波形图图3轴心轨迹测量波形图2.在MATLAB中编程计算速度测量结果之均方植、有效植、裕度指标、歪度指标、峭度指标有关特征参数，并绘制其副频谱图。(1)MATLAB程序X=[];%导入信号数组fs=1000;%采样频率Plot(x);%时域信号gridon;N=length(x);%采样个数n=0:N-1;Xrms2=mean(sum(x.^2))%均方值Xrms=sqrt(Xrms2)%有效值Ce=Xrms/mean(x)%裕度Cw=skewness(x)%歪度Cq=skewness(x)%峭度y=fft(x,N);%进行fft变换m=abs(y(1:N/2))*2/N;%求信号的真实幅值f=n*fs/N;%进行对应的频率转换stem(f(1:N/2),m(1:N/2));%绘出频谱图xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');title('信号频谱图');gridon运行结果Xrms2=220849，Xrms=4.6995e+003，图3信号频谱图即MATLAB计算得到均方植22084968、有效植、裕度指标、歪度指标、峭度指标-0.1044，振动频率约为45HZ和实际45.898误差很小。利用磁电速度测量记录数据，绘制其时域波形图，并计算其频率及转子转速MATLAB程序：x=[];%信号数组subplot(2,1,1);plot(x);%时域波形xlabel('时间序列');ylabel('幅值');title('信号时域图');fs=5000;%采样频率N=length(x);n=0:N-1;y=fft(x,N);%进行fft变换m=abs(y(1:N/2))*2/N;%求信号的真实幅值f=n*fs/N;%进行对应的频率转换subplot(2,1,2)stem(f(1:N/2),m(1:N/2));%绘出频谱图xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值');title('信号频谱图');gridon;根据信号频域图可知，频率为147HZ，转子转速为n=60×f/N=60×147/16=551.25r/min。西南交通大学峨眉校区实验报告课程名称：机械故障诊断技术实验实验名称：超声波测距实验指导教师：李奕璠学号：20107150班级：机制1班姓名：龚华德实验日期：2013年10月21日成绩：实验报告要求：简述实验目的和原理：答：1.实验目的：通过本实验了解和掌握超声波传感器测量的原理和方法。2.实验原理：声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。1)次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。2)声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，能为人耳所闻。3)超声波：高于20KHz的机械波。超声波与一般声波比拟，振动频率高，波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化，取决于两种介质声阻抗特性。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射(或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱；散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失；超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。超声波传感器测量物体距离原理示意图超声波传感器的测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S=340t/2。需要说明的是，超声波传感器发射的波束比拟窄〔<10°〕，反射后仍然很窄，如果被测物体被旋转一定角度放置，其外表与省束不再垂直，有可能反射波束会偏离出接收探头的位置，导致探头接收不到反射波信号，测距将失败。超声波测距传感器包括有发射超声波和接收超声波的两局部装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器和磁致式超声波传感器。本实验采用的是压电式超声波传感器,主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称接收探头)两局部组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。本实验所用的DRUL-12-A型超声波传感器的发射波频率是40KHz，它由单片机控制发射探头发射一组5个超声波脉冲后，输出电平由高电平转为低电平；等到接收探头接收到足够强度的反射超声波信号时，输出信号由低电平转为高电平。所以在实验的过程中，可以观察到随着反射板到探头的距离变化，传感器输出波形的“脉冲”宽度也会对应的发生变化，测试距离越远，脉冲的宽度越宽。因此，计算出脉冲的宽度就可以计算出反射板到探头的距离。发射的两组脉冲间隔的最大时间约为18ms，对应的测试距离为3.069m。所以，该型号的超声波传感器的最远测试距离是3米。为了消除发射电路强电磁脉冲对接收电路的影响，在发射电路发射脉冲后，接收电路需延时大约1ms，才能正常接收信号。在设计中这个时间被设计成1.6ms，对应的最短测试距离约为0.28m，所以DRUL-12-A型超声波传感器的测试范围在0.3～2.5米。