【正文】 Japan absorption characteristics between them, and put forward the total productive maintenance (TPM) point of view. 　　Since the Apollo programme started in 1961 in the United States, appear a series of accidents caused by equipment failure, lead to the NASA (NASA) in 1967, under the sponsorship by the . naval research (ONR) host formed the mechanical failure prevention group (MFPG), and actively engaged in the development of diagnosis technology. The diagnosis technology in aviation, aerospace, military, nuclear and other cuttingedge department is still in the world leading position. 　　UK in the last century 60 s 70 s, in order to machine care and state monitoring association (MHMGamp。具體完成了以下工作：（1）通過研究齒輪故障信號(hào)的特征，選擇采用時(shí)域分析，頻譜分析，包絡(luò)分析對(duì)齒輪的故障信號(hào)進(jìn)行分析處理，取得了令人滿意的結(jié)果，證明采用這三種方法對(duì)齒輪進(jìn)行故障診斷是可行的；（2）對(duì)齒輪故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，搭建了基于振動(dòng)法的測(cè)試裝置，基于labview開發(fā)了數(shù)據(jù)采集模塊；（3）開發(fā)軟件采用了基于圖形化編程的labview軟件，給編程提供了極大的方便，很大程度的縮短了軟件開發(fā)的時(shí)間；（4）組建了一套齒輪故障診斷系統(tǒng)，通過齒輪斷齒故障的模擬和信號(hào)分析驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。圖42 正常信號(hào)時(shí)域波形圖43 故障信號(hào)時(shí)域波形圖44是正常狀態(tài)下信號(hào)的頻譜，圖45是故障狀態(tài)時(shí)信號(hào)的頻譜。第4章 基于labview齒輪故障診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)分析圖41 實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖如圖41所示，實(shí)驗(yàn)臺(tái)將兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)通過一級(jí)齒輪傳動(dòng)連接起來，其中一臺(tái)接電源，我們叫它電動(dòng)機(jī)。圖38 解調(diào)分析程序如圖39所示，模擬一個(gè)信號(hào)然后提取信號(hào)的一部分（在實(shí)際工程中采集到的信號(hào)的頻譜常有一直流成分，利用此方法可去除直流成分）測(cè)量其正峰值，然后將它與一可設(shè)定的常數(shù)（及閾值Xrms0）比較，然后添加一個(gè)條件結(jié)構(gòu)用來判斷比較結(jié)果并根據(jù)結(jié)果做出相應(yīng)的相應(yīng)。這些特性在信號(hào)的波形圖上表現(xiàn)的尤為明顯。 DAQ Assistant 將打開一個(gè)新對(duì)話框，如圖34所示。將該Express VI放置到程序框圖上。綜上所述，軟件總體設(shè)計(jì)方案框圖32所示 在NIDAQmx 中，任務(wù)是包括一條或多條通道以及定時(shí)、觸發(fā)等屬性的集合。這兩種方式相輔相成，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和診斷。觸發(fā)方式：定時(shí)器觸發(fā),軟件觸發(fā)，可任意設(shè)定采樣頻率 分辯率：16Bit 不準(zhǔn)確度：% 電壓放大器的輸出信號(hào)受連接電纜對(duì)地電容的影響,易產(chǎn)生干擾信號(hào),信號(hào)不穩(wěn)定,所以選擇電荷放大器。其主要技術(shù)參數(shù)如下：我們知道傳感器將被測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但傳感器采集到的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，而電腦所能直接處理的是數(shù)字信號(hào)，怎樣解決這樣的矛盾呢？數(shù)據(jù)采集卡能夠?qū)崿F(xiàn)由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換在實(shí)際工程實(shí)踐中，傳感器采集到的信號(hào)時(shí)非常的微弱的，并不像教科書上畫的那么明顯，有些信號(hào)如果直接用示波器來顯示，根本無法觀察到，所以需要放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析、診斷。瑞典SKF公司就提出了共振解調(diào)方法，后來該方法又被美國(guó)MRR公司和瑞典SPM公司進(jìn)一步發(fā)展，用于提取淹沒在強(qiáng)烈背景噪聲中的沖擊脈沖信號(hào)。但實(shí)際上僅僅通過機(jī)器上采集的原始信號(hào)的頻譜來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效地故障診斷是非常困難的。不論是轉(zhuǎn)頻還是嚙合頻率，在已知或?qū)崪y(cè)出轉(zhuǎn)速各傳動(dòng)鏈的情況下，是可以通過計(jì)算得到的，這為珍斷提供了有效的參考數(shù)據(jù)，如果輔以時(shí)域波形和包絡(luò)時(shí)域波形分析，則會(huì)進(jìn)一步提高診斷的準(zhǔn)確度。（3） 以齒輪的嚙合頻率及其高次諧波為載波頻率，以齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻及其高次諧波為調(diào)制頻率的齒輪嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象而產(chǎn)生的邊頻帶。齒面出現(xiàn)點(diǎn)蝕故障時(shí)，齒輪的頻譜表現(xiàn)為在嚙合頻率及其高次諧波附近存在以點(diǎn)蝕齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻為間隔的調(diào)制邊帶，但調(diào)制變頻帶數(shù)量少且分布稀少。當(dāng)齒輪等零部件出現(xiàn)局部故障時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生周期性脈沖沖擊力，激起設(shè)備的固有振動(dòng)。頻域分析方法是機(jī)械設(shè)備故障診斷中最常用最重要的方法(1)頻譜分析信號(hào)頻譜是在頻率域中對(duì)原始信號(hào)分布情況的描述，能夠提供比時(shí)域波形更加直觀的特征信息，被廣泛的用作故障診斷的依據(jù)。無量綱參數(shù)只與振動(dòng)信號(hào)的分布密度有關(guān)，所以無量綱參數(shù)指標(biāo)是一種很好的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷參數(shù)。但是我們所遇到的大多數(shù)的信號(hào)并不是簡(jiǎn)諧信號(hào)，它們是由不同頻率的信號(hào)疊加融合起來的，咋一看我們很難理解它是什么樣的成分組成的（就像我們很難想象白光是由顏色絢麗的七色光組成的一樣）牛頓利用三棱鏡分離出了白光的成分，同樣振動(dòng)信號(hào)的頻譜就像是牛頓手中的“三棱鏡”“折射”出了振動(dòng)信號(hào)的成分。有效值是一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)能量的方根，所以又叫方根值。因?yàn)槲覀儗?duì)振動(dòng)信號(hào)的采集技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，圖21 各類傳感器即便是非常微弱的信號(hào)我們也能很好的把它采集起來。扭振分析法就是在被測(cè)系統(tǒng)的軸上安裝扭振傳感器來測(cè)量該軸的扭矩的沖擊性變化，這種方法在大型發(fā)電機(jī)的故障診斷中較為常用。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)分析和診斷方法的研究是設(shè)備診斷技術(shù)的核心，比較常用的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)分析和診斷方法有狀態(tài)空間分析診斷法、函數(shù)診斷法、對(duì)比診斷法、統(tǒng)計(jì)診斷法、模糊診斷法、人工智能診斷法、遺傳算法診斷法等方法?？梢妼?duì)齒輪進(jìn)行故障診 [5]圖1—1 齒輪故障率統(tǒng)計(jì)斷具有非常重要的意義，可以在齒輪出現(xiàn)故障的早期對(duì)機(jī)器進(jìn)行及時(shí)的維修從而避免出現(xiàn)嚴(yán)重事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)械中80%的故障是由齒輪故障引起的，旋轉(zhuǎn)機(jī)械中齒輪故障占其故障總數(shù)的10%左右（如圖1—1）。經(jīng)過多年的發(fā)展，Labview在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣泛的承認(rèn)。目前的齒輪箱故障診斷研究主要集中在狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀器和分析系統(tǒng)的開發(fā)、信號(hào)處理和分析、故障機(jī)理研究和典型故障特征的提取、智能診斷等幾個(gè)方面。[1]它是NI公司開發(fā)的世界唯一一款基于圖形的編程語言。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 1 2 3 第2章 齒輪故障診斷的方法與原理 5 5 6 11 11 11 12 13 第3章 齒輪故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案 15 16 設(shè)計(jì)基于labview的虛擬儀器 19 19 19 24 第4章 基于labview齒輪故障診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 27 故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)分析 27 28 結(jié)論 31 致謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄 34 第1章 緒論虛擬儀器（VI）的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）提出的，通俗地講就是利用計(jì)算機(jī)的豐富硬件資源在某種軟件編程環(huán)境開發(fā)出的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，測(cè)量數(shù)據(jù)在該系統(tǒng)內(nèi)的傳遞是靠軟件而不是硬件完成，它的核心是“軟件就是儀器”。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。建立了齒輪故障實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用labview設(shè)計(jì)了具有數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、故障監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)管理等功能的故障診斷程序，并介紹了這些功能基于labview的實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，用戶也可以十分方便地找到各種適用于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的Labview工具包。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。 計(jì)算機(jī)在函數(shù)關(guān)系模擬，計(jì)算等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此利用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來并與之幾乎完美的相結(jié)合的虛擬儀器注定將引領(lǐng)儀器領(lǐng)域的發(fā)展方向。虛擬儀器引入到當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域，使數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生了重大的變革。在故障機(jī)理研究方面研究人員也做了大量的工作，也取得了一定的成績(jī)。在精密機(jī)械如數(shù)控機(jī)床、高檔轎車、精密工業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)品中也廣泛的采用了齒輪傳動(dòng)。1986年10月，一架英國(guó)斯威士蘭公司的直升機(jī)在英國(guó)北海油田上空?qǐng)?zhí)行任務(wù)時(shí)，傳輸動(dòng)力的弧齒錐齒輪突然斷裂，造成飛機(jī)失事。故障特征提取方法的研究是機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的關(guān)鍵。（4）利用labview設(shè)計(jì)了具有數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、故障監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)管理等功能的故障診斷程序，并介紹了這些功能基于labview的實(shí)現(xiàn)方法。較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)我們憑借自己的感官就能觀測(cè)到。 利用基于振動(dòng)的方法來對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障診斷是通過監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)能量和頻譜實(shí)現(xiàn)的。機(jī)床的傳動(dòng)箱為例，當(dāng)它正常運(yùn)行時(shí)整體上振動(dòng)能量較小，這時(shí)其有效值為Xrms1，當(dāng)它出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)整體上的振動(dòng)能量變大了，此時(shí)的有效值變?yōu)閄rms2，這樣我們只需在這兩個(gè)有效值之間取一個(gè)合適的閾值Xrms0，把它作為故障存在與否的分界線，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)。時(shí)域分析的主要指標(biāo)如下：（1）振動(dòng)幅值對(duì)于一組離散的信號(hào)x1,x2,…xn,振動(dòng)參數(shù)主要包括：均值 X=1ni=1nxi 21 絕對(duì)平均值X=1ni=1nxi 22最大值Xmax=maxxi i=1,2,…,n 23均方根值Xrms=1ni=1nxi2 24方根幅值Xτ=1ni=1nxi2 25歪度α=1ni=1nxi3 26峭度β=1ni=1nxi4 27在實(shí)際應(yīng)用中，均值的意義不大；歪度α反映信號(hào)幅值分布密度的不對(duì)稱性，峭度β常用于監(jiān)測(cè)是否有脈沖性故障。特別是對(duì)于機(jī)器早期故障，周期信號(hào)不明顯，直接觀察難以發(fā)現(xiàn)，自相關(guān)分析則可以起到重要的作用。特別是在原頻譜圖上不存在或比較微弱的頻率分量突然出現(xiàn)急劇增大時(shí)，極有可能在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備造成破壞。以下是典型故障產(chǎn)生原因及其振動(dòng)信號(hào)的特征：9(1)斷齒 齒輪工作承受載荷時(shí)，每個(gè)輪齒可以看做是一支懸臂梁，齒根受到周期性載荷的作用當(dāng)齒輪到達(dá)其疲勞壽命或嚴(yán)重過載時(shí)齒根就可能斷裂。所以對(duì)調(diào)制現(xiàn)象及其邊頻帶分布特點(diǎn)進(jìn)行研究是齒輪故障診斷中的最重要的環(huán)節(jié)。應(yīng)當(dāng)特別注意的是不論載波頻率是多少，這三種調(diào)制現(xiàn)象的調(diào)制頻率均為故障軸的旋轉(zhuǎn)頻率及其高次諧波，這一點(diǎn)對(duì)故障滲斷非常重要。另外當(dāng)箱體中有滾動(dòng)軸承產(chǎn)生故障時(shí)，會(huì)激起其固有頻率，雖然其徑向彎曲的各階固有頻率可以通過近似公式計(jì)算，但是其他三階以上的計(jì)算頻率與實(shí)測(cè)頻率之間誤差較大，往往不易于與齒輪的固有頻率分辨開，這是這種診斷的缺點(diǎn)之一。以齒輪箱信號(hào)為例，它包含的信號(hào)有：機(jī)器轉(zhuǎn)子不平衡、軸系支承對(duì)中不良等因素引起的低頻振動(dòng)的多階頻譜、齒輪嚙合頻率振動(dòng)的多階頻譜和軸承故障損傷引起沖擊的若干階頻譜。信號(hào)包絡(luò)提取的方法如下xtxt包絡(luò)AtAt=xt+jxt圖24 包絡(luò)解調(diào)過程分析過程使用了希爾伯特變換來提取信號(hào)的包絡(luò)一個(gè)實(shí)數(shù)域內(nèi)的時(shí)間實(shí)函數(shù)f(t)的希爾伯特變換為：ft=1π∞∞fτtτdτ=ft?1πt 222以信號(hào)本身為實(shí)部，以其希爾伯特變換所得函數(shù)