机械故障诊断大作业滚动轴承.doc

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1、基于FFT的轴承故障诊断课程名称：机械故障诊断设计题目：基于FFT的轴承故障诊断学院：机械工程系班级：学号：姓名：指导老师：李奕璠2017年12月23日14基于FFT的轴承故障诊断摘要滚动轴承是旋转机械中重要的零件，以往的动检工作对滚动轴承强烈振动原因分析不足，不能满足设备维修工作的需要。所以要定期对旋转机械进行动态监测，根据所测数据做出诊断分析，及时发现滚动轴承强烈震动情况。傅里叶变换在故障诊断技术中是重要的工具，但傅里叶变换及其逆变换都不适合数字计算机计算，要进行数字计算机处理，必须将连续性信号离散化，无限长数据有限化，再进行采样和

2、截断。这种算法称为有限离散傅里叶变换（DFT），为了提高效率，在DFT的基础上，运用快速傅里叶变换（FFT）对滚动轴承进行故障诊断。通过FFT方法分析轴承的信号图，对滚动轴承振动的产生原因进行深入分析，不断总结经验，提高故障分析能力，掌握造成滚动轴承强烈振动的原因，及时消除振动，为设备安全提供可行性措施。关键词：滚动轴承；故障诊断；FFT14基于FFT的轴承故障诊断第1章绪论1.1滚动轴承概述滚动轴承（rollingbearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外

3、圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，引导滚动体旋转起润滑作用。图1滚动轴承结构滚动轴承是各类旋转机械中最常用的通用零件之一，也是旋转机械易损件之一。据统计，旋转机械的故障越有30%是由轴承故障引起的，它的好坏对机械的工作状况影响很大。轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪声，甚至会引起设备的损坏。因此，对重要用途的轴承进行工况检测与故障诊

4、断是非常必要的。1.2本次任务本次总共给出了4组通过现场测试得到的滚动轴承运行数据，包括114基于FFT的轴承故障诊断组正常轴承数据，1组内圈故障数据，1组外圈故障数据，1组滚动体故障数据。这4组数据的文件名分别为1.mat，2.mat，3.mat，4.mat。但是，1.mat并不意味其为正常轴承，2.mat并不意味其为内圈故障轴承，以此类推。轴承型号为SKF6205-2RSJEM。转速1750rpm。信号采样频率为12000Hz。选用合适的信号分析方法，利用Matlab软件编程，对上述4组信号进行分析，得到每一组数据分别代表哪一类状态

5、的轴承，从而实现滚动轴承的状态判断与故障诊断。1.3滚动轴承故障诊断方法最初轴承故障诊断是利用听棒，靠听觉判断。继听棒、电子听诊器之后，又引入了各种测振仪。随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，加之快速傅里叶变换技术的发展，人们开创了用频域分析方法来检测和诊断轴承故障诊断的新领域。离散傅立叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)及其快速算法快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)算法很多，分别依照数据的组合方式和抽取方式可以分为时域法和频域法，基2和基4算法等。其实现方法主要有两种

6、，一种是用硬件实现，用硬件实现时速度较快，但系统的成本很高；另一种是用软件实现，用软件在PC机或工作站上实现时虽然速度较慢，但成本非常低。本文中采用软件实现。14基于FFT的轴承故障诊断第2章快速傅里叶变换（FFT）算法2.1FFT简介FFT是一种DFT的高效算法，称为快速傅立叶变换（fastFouriertransform），它根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。FFT算法可分为按时间抽取算法和按频率抽取算法。2.1FFT的原理先简要介绍DFT的基本原理，再介绍FFT。DFT的运算为：Xn=k

7、=0N-1xkWNnk，n=0，1，2，…，N-1xk=1Nk=0N-1XnWN-nk，(k=0，1，2，…，N-1)其中Wn=e-j2πN由于序列xk和它的离散傅里叶变换Xn都是复数，并且随着序列长度k的增大，运动量将急剧增加。因为离散傅里叶变换的应用十分广泛，因此寻求一种可以使运算量减少的改进算法势在必行。就目前的情况来看，使用最多的算法是基于Cooley和Tukey提出的基2算法。该算法可以分为按时间抽取DIT和按频率抽取DIF。这里以DIT为例来说明。在DFT运算中，系数WNnk具有对称性和周期性，因此下列各式成立:WNk（N-

8、n）=(WNkn)*WN(nk+N2)=WNnkWNn2=-WNnk采用基2算法时，N通常都是2的M次方，即N=2M(不满足该条件的可以通过加0等方式来处理)。x(n)的DFT为:14基于FFT的轴承故障诊