基于USB和LabVIEW的轴承振动信号采集和分析

论文摘要

工业生产中会因轴承磨损造成设备故障,甚至损坏。为了保证设备正常工作实时监测轴承的振动信号,进行故障诊断是非常重要的。在轴承缺陷检测和诊断的过程中,有缺陷的轴承振动信号分散在一个较宽的频带范围,很容易被噪声和低频信号所掩盖。因此,在对轴承振动信号进行故障诊断的研究中,对信号进行频谱分析,判断轴承缺陷的类型是一种重要方法。本文提出一种基于USB数据采集和LabVIEW的系统设计,用于运行状态下轴承振动信号的实时采集和分析。作者主要完成的工作包括：1、论文调研了轴承故障诊断的国内外现状与发展情况,并分析了常用的轴承故障诊断技术。鉴于轴承振动检测技术的要求,提出了基于USB数据采集和LabVIEW的系统设计方案。2、介绍了滚动轴承的振动机理和引起轴承振动的各种因素。详细分析滚动轴承振动信号的特征,并给出典型轴承的各种特征频率的计算公式。随后给出了轴承滚动件局部缺陷的振动模型,并根据CWRU轴承中心提供的数据,利用MATLAB软件在时域和频域对良好轴承以及各种缺陷轴承的振动信号进行分析和比较。3、论文提出了一种USB接口的数据采集卡,实现对轴承振动信号的采集。该采集卡采用AVRmegal6作为控制芯片和USBN9604作为接口芯片,并给出了固件程序和驱动程序的设计方案。4、通过在LabVIEW平台下进行上位机程序编写,实现对采集过程的控制和系统结果的实时显示。5、最后在给定的轴承参数下,得出良好轴承,以及外环、内环以及外内环滚珠均存在缺陷时的振动波形图和频谱图,并进行分析比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 轴承故障诊断的发展概况及现状
• 1.2.1 国外轴承故障诊断发展研究现状
• 1.2.2 国内轴承故障诊断发展研究现状
• 1.3 轴承故障诊断技术
• 1.3.1 振动诊断技术
• 1.3.2 铁谱诊断技术
• 1.3.3 油膜电阻诊断技术
• 1.3.4 温度诊断技术
• 1.4 轴承故障的振动检测
• 1.4.1 振动检测常用方法
• 1.4.2 振动信号分析方法
• 1.5 课题研究的主要内容及目的
• 第二章 轴承振动信号的理论分析
• 2.1 概述
• 2.2 滚动轴承的振动机理
• 2.2.1 轴承自身结构特点和加工装配误差而造成的振动
• 2.2.2 由运行故障而引起的轴承振动
• 2.3 滚动轴承振动信号特征
• 2.3.1 轴承的旋转结构
• 2.3.2 滚动轴承固有振动频率
• 2.3.3 滚动轴承振动特征频率
• 2.4 典型轴承故障振动信号的MATLAB分析
• 2.4.1 滚动轴承局部缺陷的振动模型
• 2.4.2 滚动轴承典型故障信号的特征
• 2.5 本章小节
• 第三章 USB数据采集卡模块设计
• 3.1 轴承振动信号采集和分析系统组成
• 3.2 USB接口控制芯片的选型
• 3.3 芯片特点
• 3.3.1 USB控制器USBN9604
• 3.3.2 控制芯片AVR ATmega16
• 3.4 数据采集模块硬件设计
• 3.5 固件程序开发
• 3.6 驱动程序设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 LabVIEW软件设计
• 4.1 虚拟仪器
• 4.1.1 虚拟仪器基本概念
• 4.1.2 虚拟仪器的发展过程
• 4.1.3 虚拟仪器典型构成部分
• 4.1.4 虚拟仪器与传统仪器区别
• 4.2 系统总体结构
• 4.3 LabVIEW应用程序与数据采集卡之间连接
• 4.3.1 VISA结构和特点
• 4.3.2 NI-VISA中常用的函数
• 4.3.3 NI-VISA与USBTMC设备连接
• 4.4 LabVIEW实验界面设计
• 4.4.1 信号发生器模块的设计
• 4.4.2 信号采集模块的设计
• 4.4.3 系统的前面板设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统调试与结果分析
• 5.1 硬件系统调试
• 5.2 系统实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望及后续工作
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表论文
• 致谢