摘 要

滑动轴承是被广泛应用于大型船舶柴油机、汽轮机、水轮机、舰船机械传动系统等旋转机械中的重要的支承部件，它的工作状态牵动着整个机组的安全和效率。本文旨在设计一款准确性强，灵敏度高，操作简便的滑动轴承故障诊断测试分析仪。

振动信号蕴含的信息丰富且测振传感器安装方便，论文选用振动信号作为采集分析处理对象。虚拟仪器经济，灵活易操作，可开发性强，项目设计的滑动轴承故障诊断测试分析仪基于LabVIEW图形编程开发平台，是虚拟仪器。开篇介绍了基于振动的滑动轴承故障诊断方法，对幅值域和频域两种分析方法进行了阐释。在虚拟仪器开发前，对硬件包括传感器和数据采集卡进行选型，再根据需要确定软件所要实现的功能，其中包括数据采集、幅值域和频域分析及数据存储与回放。接着在LabVIEW平台上按模块编程并连接成总程序，进行仿真测试，验证软件功能并不断调试，进行轴承台实验。实验结果证明，项目开发的虚拟仪器能够准确地识别滑动轴承的故障，代替部分硬件，投入到实际应用中去。

关键词：滑动轴承; 振动信号; 故障诊断; 虚拟仪器

Abstract

Sliding bearing is always the important supporting part which is widely used in rotating machinery such as large marine diesel engine, steam turbine, hydraulic turbine, marine mechanical transmission system，and etc. Hence its working condition influences the security and efficiency of the machine itself. The purpose of this paper is to design a sliding bearing fault diagnosis test analyzer with strong accuracy, high sensitivity, and simple operation.

Vibration signal contains rich information and vibration sensors installation is convenient, so the thesis chooses vibration signal as the object of acquisition, analysis and processing. Virtual instrument is economic, operating flexibly and developable, so the sliding bearing fault diagnosis test analyzer designed in the project is based on LabVIEW graphical programming development platform, and it is a virtual instrument. In the opening the methods of sliding bearing fault diagnosis based on vibration is introduced, the two kinds of analysis methods including amplitude domain and frequency domain are interpreted. Before the development of virtual instrument, it would need to select the hardware including sensor and data acquisition card, and then determine the functions which the software is to accomplish according to the demand, including data acquisition, amplitude domain and frequency domain analysis and data storage and playback. And next program according to the modules and connect modules to total program on the LabVIEW platform, make the software functions sure and debug by simulation test. After bearing stage experiments, the results show that the development of virtual instrument can accurately identify sliding bearing fault, instead of a part of the hardware, so be put into the practical application.

Key Words：sliding bearing; vibration signal; fault diagnosis; virtual instrument

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题的背景及意义 1

1.2常用的滑动轴承故障诊断技术 1

1.3 基于振动的滑动轴承故障诊断技术的国内外研究 2

1.4 本课题所做的工作 3

第2章 基于振动的滑动轴承故障诊断方法 4

2.1 基于振动信号分析的优势 4

2.2 幅值域分析法 4

2.2.1 有量纲指标参数 4

2.2.1 无量纲指标参数 5

2.3 频域分析法 6

2.3.1 傅里叶变换 6

2.3.2 频域分析法 9

第3章 滑动轴承故障诊断虚拟仪器的开发 10

3.1 虚拟仪器 10

3.1.1 虚拟仪器简介 10

3.1.2 LabVIEW简介 11

3.1.3 虚拟仪器开发 11

3.2 虚拟仪器的硬件选型 12

3.2.1 传感器的介绍及选型 12

3.2.2 数据采集卡的介绍及选型 15

3.3 虚拟仪器的软件开发 17

3.3.1 数据采集模块 18

3.3.2 数据分析模块 18

3.3.4 VI的程序框图 20

第4章 实验数据的采集与显示 24

4.1 试验平台介绍 24

4.1 实验装置的安装与连接 25

4.1.1 加速度传感器的安装 25

4.1.2 实验装置的连接 26

4.2 幅值域和频域参数显示 27

第5章 总结 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1选题的背景及意义

随着现代机械工业的发展，工业生产越来越大型化、高速化、自动化，一旦潜在的故障没有被及时检测并排除，代价将会是设备损坏，高昂的维修费用和设备损坏引起的经济效益的下降，甚至是灾难性的大事故，所以，对机械设备的维护越来越受到国内外的重视。

在旋转机械设备中，轴承是一个活动的核心部件,也是最容易受到损坏的机械零件之一，约有30%的旋转机械故障是由轴承损坏造成的^[4]。大多数重型设备和机械装置或多或少都有轴承。加之，如果有设计制造、装配、使用不当等问题或突发载荷影响^[1]，轴承表面会随着运转产生不同的失效形式并进一步扩展，导致润滑情况发生改变，轴承温度和滑油温度上升，滑油黏度先升后降，造成胶合、烧瓦等恶性事故，对经济性，安全性造成威胁。

滑动轴承是重要的支承部件，由于承载能力大、抗干扰性好、耐冲击性强、运转精度高以及耗能少等优点，被广泛用于超临界转速运行的诸如汽轮机、水轮机、舰船机械传动系统以及高速高精密机床等旋转机械中，牵动着整个机组的安全和效率。并且它用于非理想、多变的工作环境,实际使用寿命难以预知。对于对滑动轴承要求较高的场合，若按照轴承设计寿命对其进行定期维修和更换，就会有以下两种情况:第一，滑动轴承超过设计寿命，出于安全考虑，不得不对轴承进行报废处理，造成浪费。第二种情况是未超过设计寿命的滑动轴承出现缺陷，导致机械设备使用精度下降，工作效率降低，严重时会引起事故^[24]。

因此，必须采用新的监测与故障诊断技术。利用更新换代快，灵活，经济，人机界面友好的虚拟仪器技术，设计一款操作简便，分辨率高，准确性强的滑动轴承故障诊断测试分析仪，并开发与之适配的软件，是这个毕业设计的目的，有着很重要的意义。

1.2常用的滑动轴承故障诊断技术

现有的滑动轴承故障诊断方法有温度分析法、油样分析法、测轴心轨迹法、声发射检测法和振动分析法。下面简要介绍这几种方法：