我国机械故障诊断技术研究起步比较晚，是在传感器技术、数字信号处理技 术和智能仪器技术发展的基础上结合国外先进的技术发展起来的。对于滚动轴承 的故障诊断，尽管我国的研究起步比较晚，但是在这短短的几年中便得到了很好 的发展，在实际中运用的也比较广泛，不仅节约了大量的维修费用，还提高了机

械设备的运行效率。 目前，随科学的发展，小波分析、神经网络、时频域分析等相关知识在机械

设备故障诊断中得到更多的应用，为滚动轴承故障诊断技术的发展提供了技术上 的支持。论文网

1.3 研究内容与目标

本设计系统以机械设备中的滚动轴承的故障检测为背景，针对传统的人工监 测和检测仪器的简易落后，采用了智能仪器、虚拟仪器及数字信号处理技术设计 了一个滚动轴承的振动信号的便携式检测系统，通过振动传感器收集振动信号， 经 AD 转换将所得的信号送入上位机中，整个系统对轴承振动信号的在线检测和 分析是通过 LabVIEW 完成的，检测人员可以直接从前面板上获得检测的结果。

本设计主要研究内容：

（1）系统硬件构建 振动信号的采集是通过加速度传感器来完成的，由调理电路将采集到的电荷

信号转换为电压信号，并对其进行放大滤波，数据采集卡以 MSP430G2553 为核 心，实现了 A/D 转换，将模拟信号转换成数字信号。

（2）上位机数据管理平台的选择和开发

基于虚拟仪器技术，选用 LabVIEW 作为上位机来实现对振动信号进行分析 和处理，并显示其诊断结果。

（3）故障位置的定位 根据滚动轴承的振动机理，采用频域分析的方法对振动信号进行处理，用幅

值和电平测量控件得到振动信号的正峰、峰峰值、周期平均和均方根等参数，再 使用频域分析的方法判断轴承振动是否合格，并进一步分析轴承故障的部位。

2 滚动轴承结构、故障原理与特征分析

2.1 滚动轴承的结构与工作原理

图 2-1 轴承实物图

轴承分为滑动轴承和滚动轴承，滑动轴承产生的摩擦比较大，因此造成的摩 擦损失也比较大，而滚动轴承产生的摩擦比较少，造成的摩擦损失也比较小。滚 动轴承是由外环、内环、保持架、滚动体组成的，其科学合理的机械结构使滚动 摩擦代替了滑动摩擦，所以在机械设备中滚动轴承被广泛使用。因为在不同的工 作环境当中，不同的机械对轴承的要求也不同，所以对滚动轴承的负载能力、结 构、制作材料有着不同的要求。因此，各种结构的滚动轴承便发展起来了。滚动 轴承的主要优点是：摩擦阻力小、效率高；更换方便；生产成本低。

不同滚动轴承中的相同零件起到的作用也并不同，比如，向心轴承的内环通 常与轴是紧密结合的，内环和轴是在一起运转的，外环则通常和轴承的支座紧密 配合的，对轴承的支撑起到重要的作用。同样的，也有外环运转，内环起到固定 支撑作用的；还有一些轴承的外环、内环是同时工作运转的。滚动体借助保持架 在轴承的外环与内环之间均匀的排列并作滚动运动，滚动体的数目、体积、外形 对轴承的载荷能力起到很大的影响。在推力轴承中，轴圈是指与轴紧密配合并一 起运动的轴承，座圈是指与轴承座紧密配合并起到支撑作用的轴承。保持架不仅 对轴承内部的润滑起到至关重要的作用，还能将滚动体均匀地分隔开。文献综述

2.2 滚动轴承失效形式分析

（1）疲劳剥落 因为滚动轴承的滚动体和外环、内环之间相互摩擦，滚动体、内环和外环的表面受到压力，因为载荷作用是不断变化的，三者的表面下方的一定深处形成裂 纹，一段时间后裂纹会阔张到表面，表面就会发生剥落，而大面积的剥落现象就 叫做疲劳剥落。因为轴承元件表层的剥落，轴承在运转的过程中就会产生冲击、 振动等现象。所以疲劳剥落对轴承的影响很大，会造成轴承失效。