【正文】 aintenance group (FENMS), which mainly guided by the British advocate prehensive equipment engineering。對(duì)于局部性故障，由于不同故障具有不同的特征頻率，因此可以通過識(shí)別特征頻率來對(duì)故障進(jìn)行判斷。我們?cè)O(shè)定了電動(dòng)機(jī)的定子供電頻率為15Hz，轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子頻率fr1=，（這里討論兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系）于是從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速fr2=z1z2fr1=齒輪的嚙合頻率fc=fr1?z1=fr2?z2=423Hz分別采集兩種工作情況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。模擬實(shí)驗(yàn)程序框圖如圖311所示圖311 解調(diào)分析程序框圖實(shí)驗(yàn)?zāi)M了兩組已知的信號(hào)，其中一組是低頻調(diào)制信號(hào)如圖312，一組是高頻載波信號(hào)如圖313。與頻域分析類似，labview提供了快速希爾伯特變換和各種濾波器控件，如圖38所示兩個(gè)正弦信號(hào)調(diào)制（相乘）之后得到的新的信號(hào)經(jīng)過帶通濾波，然后進(jìn)行包絡(luò)檢波，最后低通濾波。利用它提供的波形顯示控件，用戶只需用線條將信號(hào)與該控件連接起來就能夠顯示出信號(hào)的波形圖，利用波形圖我們便能對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步的定性的時(shí)域分析。 列表中通道的數(shù)量取決于DAQ設(shè)備的實(shí)際通道數(shù)量。 輸入，顯示輸入選板。故障監(jiān)測(cè)是指當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，診斷系統(tǒng)能識(shí)別并報(bào)警。在線監(jiān)測(cè)是系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)診斷系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并且自動(dòng)的保存故障數(shù)據(jù)。程控增益：16倍，可方便測(cè)量小信號(hào) 它可與帶USB 接口的各種臺(tái)式計(jì)算機(jī),筆記本機(jī),工控機(jī)連接構(gòu)成高性能的數(shù)據(jù)采集測(cè)量系統(tǒng)，該產(chǎn)品采用美國新型16 位A/D 轉(zhuǎn)換芯片,設(shè)計(jì)講究,測(cè)量精度高,速度快,編程簡便,且具有USB 設(shè)備體積小巧,連接方便,無需外接電源,即插即用,可帶電拔插等特有優(yōu)點(diǎn)。10V 安裝螺紋孔：M5 圖31 系統(tǒng)總體框圖這一節(jié)將詳細(xì)論述實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)及這些元器件。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器系統(tǒng)，采集到的數(shù)據(jù)需要傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。設(shè)原始信號(hào)為yt，它的Hilbert變換為yt=Hyt=1π∞∞yτtτdτ 223yt與他的Hilbert變換yt組成解析信號(hào)qt：qt= yt+jyt 224信號(hào)qt的包絡(luò)為：bt=qt=y2t+y2t 225對(duì)包絡(luò)信號(hào)作頻譜分析， 就得到包絡(luò)信號(hào)的頻譜。其中，前兩種因素的譜線能量非常強(qiáng)大，在信號(hào)的頻譜中很難看見軸承故障沖擊的譜線。但是如果齒輪固有頻率被激勵(lì)并產(chǎn)生振動(dòng)調(diào)制，一般頻率成分較少，只有圍繞低階齒輪固有頻率附近的幾個(gè)突出的譜峰。針對(duì)不同故障引起的不同振動(dòng)調(diào)制現(xiàn)象，應(yīng)采用不同的診斷方法：（1）對(duì)嚙合頻率調(diào)制采用頻譜和解調(diào)譜相結(jié)合的雙譜分析法。（1）各軸的轉(zhuǎn)頻及諧波。齒輪出現(xiàn)斷齒故障時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)變現(xiàn)為很強(qiáng)的沖擊特征，頻率成分主要為斷齒軸的轉(zhuǎn)頻、嚙合頻率及其諧波，以及在嚙合頻率及其諧波附近存在以斷齒軸轉(zhuǎn)頻為間隔的調(diào)制變頻帶。因此，進(jìn)行頻域分析時(shí)既要注意分量的絕對(duì)大小，更要注意各個(gè)譜峰的發(fā)展變化趨勢(shì)。[8]信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)描述兩個(gè)信號(hào)之間的線性相關(guān)情況或取值相互依賴關(guān)系，隨機(jī)信號(hào)xt和yt的互相關(guān)函數(shù)定義為Rxyτ=limT?∞1T0Txtyt+τdt 215如果兩個(gè)信號(hào)xt和 yt均含有周期性分量，且周期相等，則互相關(guān)函數(shù)Rxyτ也含有相同周期的周期性分量。一般來講與幅度有關(guān)的參數(shù)反映了振動(dòng)能量的大小，隨著故障的發(fā)生發(fā)展，這些參數(shù)也會(huì)逐漸增大。振動(dòng)信號(hào)的頻譜是進(jìn)行故障診斷時(shí)最重要分析工具。[6]振動(dòng)信號(hào)的峰值、有效值、平均值從三個(gè)不同的角度體現(xiàn)了振動(dòng)信號(hào)的能量。例如自行車的某個(gè)零件產(chǎn)生了松動(dòng)，當(dāng)我們騎著它時(shí)就會(huì)聽見“咔咔”的響聲，可見對(duì)于某些類型的機(jī)械故障我們無需借助儀器便能把它辨別出來。 （5）制作了一套基于虛擬儀器的齒輪故障診斷系統(tǒng)，并且用齒輪故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證了該系統(tǒng)用于齒輪故障診斷的可行性。含有豐富狀態(tài)信息的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的特征提取是建立在信號(hào)處理的基礎(chǔ)上的。[4]這都是一些很不幸的事故?？梢哉f現(xiàn)代工業(yè)中具有不可替代的重要作用。Labview提供了極其豐富的函數(shù)庫和控件庫，涵蓋了信號(hào)截取、信號(hào)分析、機(jī)器視覺、數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、聲音震動(dòng)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等眾多方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已可支持Windows，UNIX，Linux，MacOS等多種操作系統(tǒng)，因而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域。[2]故障診斷技術(shù)發(fā)展到今天與計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代數(shù)學(xué)，邏輯學(xué)產(chǎn)生了越來越密不可分的關(guān)系。虛擬儀器的設(shè)計(jì)除了需要計(jì)算機(jī)硬件資源，還需要一個(gè)良好的軟件設(shè)計(jì)環(huán)境。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。國內(nèi)已有不少基于虛擬儀器的故障診斷的研究，但還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。本文論述了基于虛擬儀器的齒輪故障診斷的原理和方法，詳細(xì)的介紹了齒輪故障的特征和齒輪故障信號(hào)的分析方法，采用時(shí)域分析、頻譜分析、解調(diào)分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行了處理和分析。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。Labview是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual rument Engineering Workbench)的簡稱,是美國國家儀器公司的軟件產(chǎn)品,也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形軟件開發(fā)集成環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，故障診斷也因而變得更加必要和重要。 Labview最初就是為測(cè)試測(cè)量而設(shè)計(jì)的，因而測(cè)試測(cè)量也是現(xiàn)在Labview最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但是齒輪容易受的損壞出現(xiàn)故障，它是誘發(fā)機(jī)械故障的重要原因。如果當(dāng)時(shí)對(duì)齒輪箱進(jìn)行了實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)也許就可以避免不幸。濾波技術(shù)、頻譜分析是傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法。第2章 齒輪故障診斷的方法與原理齒輪箱故障診斷的方法很多，目前常用的方法有：基于振動(dòng)的分析方法、扭振分析法、噪聲分析法、油膜分析法等。這也正體現(xiàn)出了基于振動(dòng)的故障診斷方法的可行性。峰值能夠反映系統(tǒng)振動(dòng)的能量大小，但是它反映的只是某一時(shí)刻，不能反映系統(tǒng)整體上的振動(dòng)能量狀況。我們知道，像正弦函數(shù)、余弦函數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)是簡諧信號(hào)，它的頻率成分是單一的。（2）與振動(dòng)幅值相關(guān)的其它參數(shù)有量綱參數(shù)不但與機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，也與機(jī)器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如轉(zhuǎn)速、載荷等有關(guān)?；ハ嚓P(guān)函數(shù)的這一特性在信號(hào)檢測(cè)和特征提取中有重要的作用。(2)包絡(luò)分析包絡(luò)分析也稱為解調(diào)分析，是提取載附在高頻信號(hào)上的低頻信號(hào)（即提取時(shí)域信號(hào)波形的包絡(luò)軌跡）的重要手段。(2)點(diǎn)蝕 齒輪的輪齒在嚙合的過程中由于是高副接觸，接觸應(yīng)力非常大，在這樣的大應(yīng)力的反復(fù)作用下輪齒齒面便會(huì)因疲勞產(chǎn)生裂紋，最終會(huì)剝落出麻點(diǎn)。（2）齒輪嚙合頻率及其諧波。用解調(diào)譜找到有故障軸的轉(zhuǎn)頻或倍頻成分，從而滲斷故障發(fā)生的主要部分在哪個(gè)軸；再利用頻譜分析找到載波頻率，也就是嚙合頻率及其倍頻成分，診斷出產(chǎn)生主要故障的齒輪副。11前面講到信號(hào)的頻譜就像三棱鏡折射出白色光的七色光譜一樣將信號(hào)的組成成分一一呈現(xiàn)了出來，這些頻率成分與機(jī)械設(shè)備中的一個(gè)個(gè)零件的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)，通過觀察信號(hào)的頻譜就能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的故障診斷。[12]于是，我們需要一種能夠?qū)⑽覀兯枰牡窒鄬?duì)較弱的故障信號(hào)從傳感器采集的原始信號(hào)中較好的分離出來的方法。第3章 齒輪故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷包含兩方面內(nèi)容:一是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)源， 實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的數(shù)據(jù)怎樣進(jìn)入到計(jì)算機(jī)呢？我們需要一個(gè)性能優(yōu)良的傳感器。（1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)（2）傳感器由于齒輪的振動(dòng)頻率一般在 10KHz 以下，因此選用SD1402 型壓電加速度傳感器。性能特點(diǎn)：通用測(cè)振（3）放大器目前用于壓電式加速度傳感器的信號(hào)放大器有兩種：一是電壓放大器，其輸出電壓與傳感器的輸出電壓成正比；二是電荷放大器，其輸出電壓與傳感器的輸出電荷成正比。增益（dB）:0,20,40,60 廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn),工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域的信號(hào)采集，其主要的性能和技術(shù)指標(biāo)如下： 輸入阻抗：100MΩ 離線分析是讀取在線監(jiān)測(cè)時(shí)保存在本地的故障數(shù)據(jù)，對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析。它要解決的核心問題是怎樣識(shí)別是否出現(xiàn)故障。（3） 選擇輸入選板上的DAQ Assistant Express VI，如圖33所示。（6） 在Supported Physical Channels 列表中，選擇儀器與信號(hào)連接的物理通道( 如ai0) 并單擊Finish 按鈕。以齒輪故障的時(shí)域分析為例，當(dāng)齒輪正常運(yùn)行的時(shí)候，齒輪的振動(dòng)是較為平穩(wěn)的，而當(dāng)齒輪出現(xiàn)故障時(shí)，振動(dòng)則出現(xiàn)明顯的沖擊特征。非?？旖菥蛯?shí)現(xiàn)了共振解調(diào)的過程，labview圖形化編程語言的優(yōu)勢(shì)的到了充分體現(xiàn)。圖312 低頻調(diào)制波圖313 高頻載波兩組信號(hào)調(diào)制之后時(shí)域波形如圖313圖313 信號(hào)調(diào)制后波形對(duì)調(diào)制之后的信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)提取得到的信號(hào)的波形圖如圖314圖314 解調(diào)后波形通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低頻調(diào)制波經(jīng)調(diào)制后有被完整的解調(diào)出來，實(shí)現(xiàn)來解調(diào)目的，說明包絡(luò)分析是一種有效的分析方法。圖42是正常工作狀況下的信號(hào)時(shí)域波形，圖43是故障狀態(tài)時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形，兩者對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)齒輪出現(xiàn)斷齒故障時(shí)信號(hào)表現(xiàn)出明顯的沖擊特征。本文建立了齒輪故障診斷系統(tǒng)，并對(duì)斷齒故障進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M和分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，故障診斷結(jié)論與故障模擬結(jié)果是一致的。 After study with the guidance in the United States。CMA) as the first began to study fault diagnosis technology, the friction and wear, cars and aircraft generator monitoring and diagnosis has the leading position. 　　Japan39。證明了基于虛擬儀器的故障診斷是可行的，并且比傳統(tǒng)的故障診斷更具有優(yōu)勢(shì)。圖中425Hz頻率處有一幅度約為45m?s2?102的分量，這是齒輪嚙合頻率fc的分量，圖說明出現(xiàn)斷齒故障是會(huì)產(chǎn)生明顯的調(diào)制現(xiàn)象，在fc附近出現(xiàn)調(diào)制邊帶。另一臺(tái)接三個(gè)并聯(lián)的白熾燈，我們叫它發(fā)電機(jī)。當(dāng)峰值較小時(shí)則出現(xiàn)如圖“系統(tǒng)無故障”字樣。Labview還提供了一些定量的時(shí)域分析控件，通過如圖36所示的控件用戶就能十分容易的知道信號(hào)的一些時(shí)域內(nèi)的重要參數(shù)，例如均方根、正峰值、周期平均等。對(duì)話框顯示選中完成任務(wù)的通道的配置選項(xiàng)。 DAQ Assistant 打開，并出現(xiàn)Create New Express Task 對(duì)話框。 從概念上來說，任務(wù)就是要進(jìn)行的測(cè)量或生成。數(shù)據(jù)管理功能主要是指信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。FIFO 存儲(chǔ)器：32KB，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)塊采集 (5)計(jì)算機(jī)虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器系統(tǒng)，所以計(jì)算機(jī)是最重要的硬件。精度：％(滿量程) 低通(Hz)：30，100，300，1K，線性，12dB/OCT 本實(shí)驗(yàn)選用SD1433型電荷放大器。電荷靈敏度：2PC/ 采集到的信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理后傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。[14]在進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)之前，首先來回顧一下本課題的研究目標(biāo)，以做到有的放矢。共振解調(diào)方法的原理是：當(dāng)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各回轉(zhuǎn)部件大多數(shù)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。原因是機(jī)械故障中的這些頻率成分并不讓人省心，這些成分在組成完整的故障信號(hào)的時(shí)候并不是老老實(shí)實(shí)的挨個(gè)兒排好隊(duì)，他們之間會(huì)發(fā)生很復(fù)雜的相互作用，這種相互作用通過信號(hào)的調(diào)制現(xiàn)象表現(xiàn)出來。（2）對(duì)箱體固有頻率調(diào)制現(xiàn)象，可采用時(shí)域波形分析、頻譜分析、解調(diào)分析和能量分析相組合的故障診斷方法。（4）以齒輪的固有頻率為載波頻率，以齒輪所在軸的轉(zhuǎn)頻及其高次諧波為調(diào)制頻率的齒輪固有頻率調(diào)制現(xiàn)象產(chǎn)生的邊頻帶。(3)磨損 齒輪的磨損故障常常是因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境惡劣，齒輪箱中進(jìn)入了沙粒，腐蝕性物質(zhì)或是潤滑油不足而造成的，嚴(yán)重的磨損將損壞齒輪的形狀、尺寸導(dǎo)致其失效。選擇沖擊激起的高頻固有振動(dòng)為研究對(duì)象，通過濾波將其從信號(hào)中分離出來，然后通過包絡(luò)檢波提取載附在高頻固有振動(dòng)上的與沖擊相對(duì)應(yīng)的低頻信號(hào)的包絡(luò)，從包絡(luò)信號(hào)的強(qiáng)度和頻率就可以判斷故障的嚴(yán)重程度和發(fā)生部位。通過傅里葉變換可得到信號(hào)的頻譜，即傅里葉變換Xf=∞+∞xtej2πftdt 216傅里葉反變換xt=∞+∞Xfej2πftdt 217信號(hào)的幅值譜Xf=Re2Xf+Im2Xf 218信號(hào)的相位譜φf=arctanImXfReXf 219信號(hào)的功率譜密度函數(shù)反映了信號(hào)的功率在頻域隨著頻率的分布狀況。常用的無量綱參數(shù)指標(biāo)有：波形指標(biāo)S=XrmsX 28峰值指標(biāo)C=XmaxXrms 29脈沖指標(biāo)I=XmaxX 210裕度指標(biāo)L=XmaxXr 211峭度指標(biāo)K=βXrms4