摘 要

滑动轴承是机械中的重要支撑部件，其运行要求与整个装置的安全性和稳定性有关。因此，为及时发现轴承故障，对滑动轴承进行状态监测分析和故障诊断具有重要意义。有许多手段可以确定滑动轴承的状态。实现信号的定时采集和存储，便于后续分析和处理历史数据。

本文以滑动轴承为研究对象，介绍了滑动轴承的主要失效模式及失效的主要原因和预防措施。总结了滑动轴承常见故障的故障机理和故障特征，并简要说明了几种减少或消除故障的方法。描述了滑动轴承常见的状态监测和故障诊断方法，并讲述了基于振动分析的方法对滑动轴承故障进行分析。

本文讲述了用LabVIEW软件设计程序，在实验中通过所编写的程序获取一些列数据，并通过编程软件进行了信号分析。

关键词：滑动轴承；振动分析；虚拟仪器开发；LabVIEW

Abstract

Sliding bearings are important support components in rotating machinery and their operating conditions are related to the safety and stability of the entire unit.Therefore， in order to find the bearing fault in time， it is very meaningful to carry out condition monitoring analysis and fault diagnosis of the sliding bearing.There are many methods for determining the state of the sliding bearing.Based on the analysis method of the vibration signal of the sliding bearing， this paper develops and designs a signal acquisition，storage and processing system based on Lab VIEW and achieves the timing acquisition and storage of signals.To facilitate subsequent analysis of the call history data and processing.

This paper takes sliding bearings as the research object， introduces the main failure modes of sliding bearings and the main causes of failure and preventive measures.Summarizes the fault mechanism and fault features of two common faults of plain bearings，and briefly explains several ways to reduce or eliminate faults.The common state monitoring and fault diagnosis methods of the sliding bearing are described.The research and detailed introduction of the vibration signal based analysis method used in this paper are carried out. The fault analysis of sliding bearing based on vibration analysis is described.

In this paper, the software LabVIEW is used to design the program. In the experiment, the program is used to obtain some column data, and the signal analysis is carried out through the programming software.

Keywords:sliding：Sliding bearing; Vibration analysis; Virtual instrument development；LabVIEW

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1-1 研究背景 1

1-2 国内外研究现状 1

1-3 研究内容及目的 3

第二章 滑动轴承故障诊断分析与虚拟仪器技术 4

2-1 滑动轴承主要失效形式 4

2-2 滑动轴承故障诊断常用方法 6

2-3 基于振动分析的诊断方法 6

2-4 虚拟仪器 11

2-4-1 虚拟仪器的形成 12

2-4-2 虚拟仪器的开发平台 13

第三章 硬件选型及软件程序的设计 14

3-1 传感器的选型 14

3-2数据采集卡的选型 15

3-3软件程序的设计与实现 17

第四章 实验及程序验证 19

4-1实验及编程设计 19

4-2程序验证 20

4-2-1时域分析 21

4-2-2频域分析 24

第五章 结论与展望 26

致 谢 29

第一章 绪论

1-1 研究背景

随着现代生产的发展和科学技术的进步，现代工业设备的结构日趋复杂，功能也逐步提高。自动化程度越来越高，因为同一设备的不同部分关系和紧密结合，并且不同设备之间存在着密切的关系。在生产过程中形成一个整体。因为各种不可避免的因素，可能会出现种种机械设备的故障，一个部件的故障可能会引起连锁反应。导致所有设备甚至整个生产过程无法正常工作，导致严重甚而灾难性事故。

机械和设备运行期间发生的振动常常难以避免，振动是设备固有动力的外部反映。所以，故障特征信息最直接的载体就是设备的振动信号，它包含了丰富的信息。具有明确的物理意义，可以更好地识别和判断。这些优点使振动信号分析方法成为人们工程实践中频率最高，使用效果最好的机械故障诊断方法。

此外，轴承作为传动系统的关键部件，在对故障信号的部署进行分析和研究方面具有非常重要的意义和一般的代表性。在研究过程中获得的信号处理分析和诊断方法通常在机械设备故障诊断中具有一定的实用性。所以，实时监测轴承运行状况和故障信号分析诊断研究，对设备的运行和维护起着直接的作用。影响设备维修的效率和成本对当代工业的发展具有重要的经济和社会意义。

虽然火电厂设备滑动轴承故障诊断的研究至今已相当成熟，但用于化工等小型高速机械设备的滑动轴承工作环境相对较差。缺乏有效的故障信号分析和诊断方法常常导致设备故障。考虑到这个问题，在收集与滑动轴承有关的信号时，应该以在实际工作环境中容易实施并且受环境影响较小的方式进行选择。获取信号后，应设计相关程序完成信号的实时处理和分析，在分析和处理过程中提取简单，高精度和可靠的诊断参数。为了满足这个要求，我们需要找到一种高效的信号处理和分析方法。因此，本文在分析滑动轴承主要失效模式，常见故障的故障特征和故障机理的基础上，考虑到实际生产实际中的实际应用价值，提出了基于LabVIEW的轴承故障信号分析与研究。总而言之，从安全角度出发，或从经济效益的角度来看，轴承故障信号的处理和分析是可以实现的。为确保机械的安全运行，对某些大型机械故障的模拟研究具有重要意义。

1-2 国内外研究现状

国外对状态监测和故障诊断的研究相对较早。1967年，美国成立了机械故障预防小组（MFPG），该小组侧重于故障机制以及检测，诊断和预测技术。故障诊断技术成功应用于航空航天和军工机械设备。随后，英国成立了机械健康中心和国家检查协会。曼彻斯特大学，剑桥大学等长期致力于基于先进检测方法的在线监测和损伤识别，设备可靠性和可维护性问题的研究。日本的三菱重工开发了MHMS系统，后来开发了它作为振动诊断专家系统，具有诊断规则描述和由模糊分析确定的置信因子函数。

由于本特利（1）集成了双通道传感器信号来提出全光谱技术，全谱分析已被广泛用于研究滑动轴承转子系统的振动特性;Wu等人Bachschmid等人Patel等人

中国对机械设备状态监测与故障诊断研究技术进行了理论研究。我国积极学习国外监测领域的先进技术和实践经验。

2014年，郑州大学的郑荣书和李岩（8）采用DHMM故障诊断方法对动态环境下的设备进行观察和评估。进行故障模型诊断实验，对获得的振动信号进行特征提取，归一化和量化以获得量化序列集。通过重新估计DHMM参数的量化序列集来计算最大模型概率，由此建立用于故障诊断的DHMM模型库。实验结果表明，DHMM故障诊断方法在滑动轴承分类精度较高，具有一定的可行性。

2013年，孙备奇，葛世东，张文涛（2）使用S901G智能轴承振动分析仪和分析软件获取轴承振动信号，获得振动标准值和振动峰值。通过分析轴承振动的标准值和振动峰值的变化，反映轴承运行150小时后的振动和磨损。振动标准值主要反映轴承整体振动水平是否稳定。振动峰值主要反映轴承运行过程中是否发生异常损坏或表面剥离。经过实验研究，振动标准值对轴承磨损分析较不敏感，振动峰值可以更清楚地反映轴承的磨损趋势。

2008年，阮倩，李路平，黄琦（15）等人指出，现有的声发射检测器不能具体检测滑动轴承故障声发射信号的特征。利用LabVIEW作为软件平台，开发了滑动轴承故障声发射检测系统。以图形化编程语言LabVIEW软件为平台，采用模块化编程思想，根据不同功能的需要编写了数据采集模块，数据存储与读取模块，信号处理模块。结果表明，该系统使用LabVIEW的模块化编程实现信号采集和处理，使扩展程序和添加新功能变得更加容易。然而，国内外研制的声发射检测器无法检测和分析滑动轴承故障声发射信号的一系列特征参数。没有可扩展性，判断轴承运行状态是不方便的。

2011年，陕西理工学院侯红玲、白海清(9)针对机床主轴，设计并搭建了其振动测量系统，在线监测主轴的运动，分析其速度变化和设备组件的振动损坏。振动信号处理的研究方法主要包括频谱分析，主成分分析，小波分析等。主要通过测量基本的振动参数来确定系统的振动情况。所开发的系统主要是利用信号采集和频谱分析来准确反映物体的实际工作状态，并能检测主轴在工作状态下产生的振动是否满足加工精度要求。从而为其动态特性的深入研究和分析提供依据。实验结果表明，虚拟仪器构建的测量平台可以完成被测物振动口的采集和测量。在此基础上，利用振动理论对结果进行进一步分析，可以找出振动源或获得对被测物体的影响和损伤程度。

所以，随着时代的发展与变化，采用振动信号做滑动轴承的故障诊断已是大势所趋，可以更简洁，方便，及时发现设备故障，确保设备正常运行。

1-3 研究内容及目的

研究内容：它是为轴承，设计和建造其振动测量系统，在线检测轴承运动。振动信号处理的研究方法主要通过测量其振动基本参数，从而判断系统振动情况。所开发的系统主要用于信号采集，采集和频谱分析，以准确反映物体的实际工作状态，并检测工作条件下轴承的振动是否符合要求。从而为其动态特性的深入研究和分析提供依据。

研究目标：研究滑动轴承故障诊断的最终目标是有效防止和控制故障，确保机器健康。其一是消除故障：探测原因，有的放矢，消除故障；其二是预防发展：早期预警，防微杜渐，预防故障；其三是防止发生：查明根源，根治维修，防止故障。

振动检测技术通过安装在测试装置上的振动传感器监测轴承振动信号，并对信号进行分析处理，判断轴承的状态和故障。在运行过程中，由于轴承内部和表面状态的早期和次要故障，它们都对振动频谱起反应，信号测试过程简单直观。诊断结果可靠，因此轴承振动在线检测技术已成为轴承试验年份的主要分析监测手段。优点是一旦轴承出现问题，可以在最短的时间内找到问题，并且可以根据测试情况进行处理。在所有测试参数不变的情况下，加快测试周期可缩短测试周期。

第二章 滑动轴承故障诊断分析与虚拟仪器技术

轴承是许多机器的重要组成部分。在机械设备中使用轴承可以减小旋转体在运动过程中的摩擦阻力，同时确保旋转体的旋转精度满足要求。轴承通常可以分为两类：滚动轴承和滑动轴承。其中，滚动轴承已经标准化，系列化，其径向尺寸，振动和噪音较大，价格比普通轴承高。与滚动轴承不同的是，滑动轴承结构更简单，工作运行更稳定，不会产生噪声干扰，更能承受负载。图2-1显示了滑动轴承，轴承座，衬套，油孔，螺纹孔等部件的整体结构。图中的虚线表示传感器的安装位置。

图2-1 整体式径向滑动轴承结构图

2-1 滑动轴承主要失效形式

本节将总结故障的介绍是指轴承在达到其设计寿命之前的失效。由于滑动轴承通常在复杂的负载和恶劣的工作环境下运行，因此经常会出现许多类型的故障，并且相应的机构复杂多变。