现代测试系统

测试技术作业——

基于Labview变速箱振动测试

学院：机械工程学院__________

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1 确定测试任务

机床在国民经济中有相当重要的位置．而机床的动态特性．特别是变速箱的动态特性，齿轮和轴承的故障特性，往往是整台机床动态特性好坏的关键．而齿轮在啮合过程中，由于不平衡、误差等引起转动频率的振动。齿轮弹性刚度周期性的变化引起齿轮产生频率为啮合频率的振动，所以对变速箱运行状态的测试极其重要。在对机床变速箱测试时，要求能在齿轮发生故障后及时发现，根据信号就能判断出故障齿轮。

本测试系统的任务就在于能及时监控判断出故障齿轮。

2 根据任务要求选择测量方法

图1：变速箱振动的传递过程

变速箱振动传递途径可由图1表示，虽然齿轮的振动可以分成扭转振动和径向振动两项，但分析与实验证明，在箱体上起决定作用的主要还是齿轮振动传给轴上的径向振动。因为只有轴的径向振动才能引起轴承的径向振动，轴承的径向振动才能传向箱体。对于机床的变速箱来讲，大多数齿轮为直齿圆柱齿轮，轴向振动很小，加之轴承轴向游隙，所以只需在齿轮箱上从齿轮径向振动方向测取信号就可以。

因为变速箱传动中，齿轮的振动最终都会传递到变速箱体上，所以通常在振动测试时，都是将传感器固定在变速箱箱体上，以获取齿轮径向振动信号。

3 选择传感器或转换器

本测试系统的加速度传感器选用的是MYD-A106内装IC压电式加速度传感器。它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体,能直接与记录和显示仪器连接。这种传感器

是在传统的压电加速度传感器基础上藕合一个以场效应管为核心的放大器电路所构成,因而可以把高阻抗信号转换成低阻抗信号输出,其突出特点是抗干扰能力强、稳定性好、允许超长电缆通过恶劣环境传输信号,系统配置简单,不需外接电荷放大器,所需恒流电源由动态信号采集卡提供。

其主要参数如下:

量程：14～2000g

非线性：＜1%

激励电压源：18~30V(DC)

横向灵敏度：<5%，典型值：<3%

输出阻抗：<100Ω

温度范围：-40°C ~+120°C

图2: MYD-A106内装IC压电式加速度传感器4 后续测量系统的选定

本变速箱振动测试系统由加速度传感器、动态信号采集卡、工控机构成。

加速度传感器动态采集卡工控机

图3:系统硬件框图

本测试系统的动态信号采集卡选用的是NI公司的PCI-4474。该采集卡为4通道24位动态信号采集卡, 并集成了抗混叠滤波器和IEPE调理功能，可以直接输入加速度传感器信号无需额外的信号调理模块。其主要参数如下:

最高采样速率达102.4kS/s 45 kHz，无混叠带宽24位分辨率，110dB动态范围±10V的电压范围4路同步采样模拟输入通道IEPE调理--可通过软件配置。

5 相应的软件设计与编制

在本测试中，软件部分是基于labview编辑的。

本测试系统程序图如下所示：

图4:系统程序图

在程序图中以三个仿真信号分别模拟三根轴的振动信号，并在第二个信号中加入了高斯白噪声。将这三个仿真信号进行加运算，合成一个模拟信号，再对这个信号进行去噪处理，输出其波形图与幅值谱。通过对幅值谱的观察，可以看出有故障轴的振幅明显高于其它信号，由此判断出可能出现故障的转轴。

在程序设计中，其前面板设计如下所示：

图5:系统程序前面板图

在前面板中，可以通过调整三个信号的频率和幅值来方便的观察波形的变化情况。

6 测量系统的性能评定

对本测试系统以如下参数为例进行一次仿真：

某机床主轴箱传动示意图如图6所示,其中传动轴I 、传动轴II 和主轴III 上的齿轮齿数为 50,20,4030Z 4321====Z Z Z ，。传动轴转速 1n =2000r/min 。

计算各轴的转速和转动频率：

轴I 的转动频率： Hz f 3.3360

2000Ⅰ== 轴II 的转速：min)/(1500200040

30Z n Ⅰ21Ⅱr n Z =•=•= 轴II 的转动频率： Hz f 25601500Ⅱ==

轴III 的转速： min)/(600150030

20n Ⅱ43Ⅲr n Z Z =•=•= 轴III 的转动频率： Hz f 1060600Ⅲ==

图6:机床主轴传动示意图

通过以上分析在将信号1、信号2、信号3的频率设置为10Hz 、25Hz 、33.3Hz 以及幅值都设为5时可得到如下的波形图：

图7:系统波形显示图（一）

而将信号1、信号2、信号3的频率设置为10Hz、25Hz、33.3Hz 以及幅值改为5、50、5时可得到如下的波形图：

图8:系统波形显示图（二）

由图7、8可以清楚的看到当某个信号幅值发生变化时可以清楚的在幅值谱中看出来。而通常变速箱中各轴的转动频率与幅值都在一个稳定的范围内，当有某一个轴发生故障时，其振动幅值会发生较大的变化。这样通过该测试系统就可以将发生故障的轴找出来。

综上所述，本系统能达到本次测试的基本要求。但由于是用软件仿真出来的，与实际肯定会有所出入。在实际中所测信号中所夹杂的干扰信号肯定会比较多，因此实际中如何有效的消除干扰信号很重要。