基于数学形态学方法的滚动轴承故障诊断实验

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1、南昌航空大学发动机故障诊断大作业姓名：孙洪望学号：12063110班级：120631发动机故障诊断大作业姓名：孙洪望学号：12063110班级：120631基于数学形态学方法的滚动轴承故障诊断实验1•故障诊断学机械故障诊断学是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态的变化在诊断信息中的反映。随着科学技术不断发展和工业化程度的不断提高，机械设备精密程度、复杂程度及自动化程度不断提高，凭个人的感观经验对机械设备进行诊断己经远远不够。机械设备故障诊断技术集数学、物理、化学、电子技术、通讯技术、信息技术、计算机技术、模式

2、识别、人工智能等多种综合技术发展起來的一门多学科交叉和融合的新技术。早在二次世界人战期间，由于大量军事装备缺乏诊断技术和维修手段，而造成非战斗性的损坏，使人们意识到故障诊断和监测技术的重要性。60年代以来，由于半导体的发展，集成电路的出现，电子技术、计算机技术的更新换代，特别是1965年FFT方法获得突破性进展示出现了数字信号处理和分析技术的新分支，为机械设备诊断和监测技术的发展奠定了重要的技术基础。滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通川元件，它的运行状态是否正常肓接影响到整台机器的性能（包括精度、可靠度及寿命等），据统计旋

3、转机械故障的30%是由滚动轴承故障引起的。所以滚动轴承的故障诊断就显得格外重要。滚动轴承的故障诊断在国外人概始于20世纪60年代，到冃前为止已经形成了许多行Z冇效的方法。如时域分析法、频域分析法、时频分析法、智能诊断等等。木次实验将针对时频分析法中的具体方法——数学形态学方法作具体的应用和介绍。2.数学形态学数学形态学的数学基础和所用语言是集合论，因此它具有完备的数学基础，这为形态学用于图像分析和处理、形态滤波器的特性分析和系统设计奠定了坚实的基础。数学形态学的应用可以简化图像数据，保持它们基本的形状特性，并除去不相T•的结构。数

4、学形态学的算法具有天然的并行实现的结构，实现了形态学分析和处理算法的并行，人人提高了图像分析和处理的速度。数学形态学是一门建立在严格数7理论基础上的学科，其基本思想和方法対图像处理的理论和技术产牛•了重大影响。事实上，数学形态学已经构成一种新的图像处理方法和理论，成为计算机数字图像处理及分形理论的一个重婆研究领域，并且已经应用在多门学科的数字图像分析和处理的过程中。这门学科在计算机文字识别，计算机显微图像分析（如定量金相分析，颗粒分析），医学图像处理（例如细胞检测、心脏的运动过程研究、脊椎骨癌图像白动数最描述），图像编码压缩，工业

5、检测（如食品检验和印刷电路H动检测），材料科学，机器人视觉，汽车运动情况监测等方而都取得了非常成功的应用。另外，数学形态学在指纹检测、经济地理、合成音乐和断层x光照像等领域也有良好的应用前景。形态学方法已成为图像应用领域工程技术人员的必备工具。冃前，有关数学形态学的技术和应川正在不断地研究和发展。而在本次实验中将应川数学形态学方法对由MATLAB生成的时频图像作相应的优化并提取轴承的故障频率。2.实验介绍0.028、0.040英寸（1英寸二2.54厘米）。其中前三种故如图1所示，木次实验的实验平台包括一个2马力的电机（左侧）（lh

6、p=746W）,—个转矩传感器（屮间），一个功率计（右侧）和电子控制设备（没有显示）。被测试轴承支承电机轴。使用电火花加工技术在轴承上布置了单点故障，故障直径分别为0.007、0.014、0.021、障直径的轴承使用的是SKF轴承，后两种故障直径的轴承使用的是与之等效的NTN轴承。实验屮使用加速度传感器采集振动信号，通过使用磁性底朋将传感器安放在电机壳体上。加速度传感器分别安装在电机壳体的驱动端和风扇端12点钟的位置。在有些实验中，传感器也被安放在电机支承底盘上。振动信号是通过16通道的DAT记录器采集的，并几后期在MATLAB环

7、境屮处理。数字信号的采样频率为12000S/S,驱动端轴承故障数据同时也以48000S/S的采样速率采集。外圈的故障是固定不变的，因此故障相对于轴承受载区域的位置対电机/轴承系统的振动响应由直接的影响。为了对这个影响进行定量研究，实验屮分别对驱动和风扇端的轴承外圈布置3点钟、6点钟、12点钟方向的故障。总体來说，数据由驱动端、风扇端和电机支撑底盘上三个加速度传感器采集，其中包插内圈和外圈数据，从血为后面的MATLAB数据分析提供数据基础，再通过数学形态学方法对图像进行相应处理从而提高信噪比，使故障频率能够很容易的被提収出來，这也正

8、是本次实验的目的之一。而另一个目的就是通过对处理前后的图像比较从而得出数学形态学方法的处理效果。2.数据分析木次试验中在驳动端采用的是6205-2RSJEMSKF,deepgroovebal1bearing深沟球轴承,它的滚动体个数为9个,接触角等