1、机械故障诊断,绪论一、机械故障诊断研究的意义和内容主要内容：设备运行过程的监测；设备运行状态的识别诊断；设备运行趋势的预测；历史情况（停机时间、维修工作量）事后维修： 定期维修；视情维修；,二、主要技术手段及各自特点1、振动诊断技术振动测试、信号处理2、油液分析技术铁谱、光谱3、温度检测技术红外技术4、无损检测技术,三、机械故障诊断的研究理论及发展发展概况发展趋势：机械性的评估方法和先进服务技术（终身、数字、智能）；,第一章 机械故障诊断的基本原理,第一节 机械故障诊断概论一、 机械故障：机械系统因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。 故障原因故障现象二、故障分类：1 、按故障发生的原因
2、（如何解决故障的发生） 2、按故障发生的快慢（如何避免故障造成严重后果）,三、机械故障诊断的基本环节1、确立运行状态监测的内容；2、建立测试系统；3、测试、分析及信息提取；4、诊断及预测；,第二节 故障特征参量 一、故障特征参量的定义故障特征参量：对故障灵敏、稳定可靠的物理参量。F某种故障类型；1 i 特征参量或故障原因；F= f(1 ,2 )二、故障特征参量的选取原则1、高度敏感性；2、高度可靠性；3、可实现性；4、指向性；,第三节 机械故障诊断的一般思维方法模式识别模糊诊断神经网络智能诊断（数据挖掘）1、逻辑管理方法场合 情况 研究现象（故障）1 A、B、C a2 A、D、E a3 A、F
3、、G a 结论 情况A是现象a 的原因（结果） a: 病毒性感冒A、发烧 B、咳嗽 C、胸痛 D、胃痛 E、无力 F、脚痛 G、失眠,第三章 故障诊断的信号分析与处理技术确定性信号： 周期非周期随机信号： 平稳非平稳,第一节 信号分析与处理中的常用数学变换,一、 傅里叶变换对周期函数X(t)=其中:,二、傅里叶变换对非周期函数,三、快速傅里叶变换用快速算法来求算傅里叶积分的数值 1） 傅氏变换的线性性质若 且a、b都是常数 则有：,2）帕斯维尔定理傅氏变换对举例：1）2)3),第三节 时域分析方法 一、统计特征参量分析1、概率密度函数P(x)正态过程：2、均值：表示信号的平均变化情况,3、均方
4、值：表示信号的平均能量4、有效值（统计参量）5、方差和标准差方差用来表示信号相对于平均值的变化情况方差的开方称为标准差s,6、 峭度指标7、无量纲指标脉冲指标二、相关分析相关分析又称时延域分析，用来描述信号在不同时刻的相互依赖关系，是提取信号中周期成分的常用手段。,1、自相关分析（1）、自相关函数 ：同一信号不同时刻的相互依赖关系；自相关函数的性质：1） 为实偶函数；2） 时 最大；3） 的取值范围：4）自相关函数不改变信号的周期性。,（2）互相关函数相关分析工程应用 1、相关直线定位泄漏源信号的相关性。 2、相关平面定位时差双曲线定位,第三节 频域分析方法 一、幅值谱分析时域信号信号的幅值谱
5、 二、功率谱分析维纳-辛钦定理,第三章 振动诊断的理论基础 第一节 机械振动的运动学输入 输出激励 响应 按系统输入分类： （1）、自由振动 （2）、强迫振动 故障源的激励输入 机械系统本身系统 可测量的信号输出,系统,第二节 机械振动系统的建模基础振动系统力学模型三要素 1、弹簧: F=KXF弹性恢复力X变形量 2、质量: F=ma或M=Jm刚体质量a刚体的转动惯量 3、阻尼粘性阻尼：粘性阻尼力与速度成正比，方向与速度相反。,F=CVF阻尼力V速度C粘性阻尼系数 第三节 单自由度系统的自由振动 一、单自由度系统的无阻尼自由振动,二、单自由度单位的有阻尼自由振动,第四节 单自由度系统的强迫振动
6、 一、系统在间谐激振力作用下的强迫振动运动微分方程：其中简谐激振力令则：,微分方程的解为：在弱阻尼情况下.通解所以： 是一个瞬态解 设特解:代入得：,所以：静变位：频率比：阻尼比：,所以特解：振动特性讨论： （1）、振动频率 （2）、影响强迫振动振幅的因素：激振力幅值频率比定义放大因子,a、激振力变化缓慢 b、激振力频率很高 c、共振 d、保证系统振动的振幅小于静变位 （3）、阻尼的影响 在共振区 ： 阻尼起作用 在非共振区 ：阻尼作用不大,第四章 机械故障的振动诊断技术第一节 测振传感器 一、压电力的速度传感器 1、工作原理 2、选用原则a、测量范围b、频响范围 c、灵敏度d、 精度f、稳定
7、性,第二节 信号记录与处理设备一、磁带机 二、数据采集器1、数据采集器的基本原理2、采集定理 采样时间间隔 信号频率分辨率N 采样点数 采样频率混迭：采样不当引起信号的无法区分 。,采样定理（shannon定理）：假设信号中的最高频率成分为 ，当采样频率 时，采样信号能够很好的恢复到原信号而不至发生混迭现象。采样长度、频率分析率、采样频率的关系：,第三节 振动诊断的基础工作一、确定诊断对象重点设备典型设备二、选定测量参数位移速度加速度三、选定监测点敏感点关键点易损点,四、确定测量周期定期检测随机点检长期监测专项检测伍、确定判断标准1、绝对判断标准ISO 2372ISO 3495VDI 2056
8、BS 4675GB 6075-85ISO 10816,2、相对判断标准纵向比较（随时间的变化）横向比较（同类设备）第四节 典型零部件故障的振动诊断 转速(转/分)与转频（次/秒）旋转零部件故障与转频及其谐波的关系是主要的故障分析诊断特征。 一、转轴组件的故障特征 不平衡不平衡：旋转体轴心周围的质量分布不均、使之在旋转过程中产生离心力而引起震动的现象。,不平衡的故障特征： 振动方向：以径向为主； 振动频率：以旋转频率 为主要频率成分。 相位：与旋转标记经常保持一定的角度（同步）。 振幅：随着转速的升高，振幅增长的很快；转速降低时，振幅可趋近于零（共振范围除外）。 2、不同轴（不对中） 不同轴：连
9、轴节连接起来的两根轴的中心线不重合的现象。,不同轴的振动特征： 振动方向：易发生轴向振动，如发生的轴乡振动在径向振动的50%以上，则存在不同轴； 振动频率：普通的连轴节以1 为主，如不同轴剧烈时，则发生2 、3 等谐频成分。 相位：与旋转标记经常保持一定的角度（同步） 振幅：振幅与转速的关系不大,不同轴与不平衡的区分：1）、与转速的关系；2）、频率特性 3、机械松动 机械松动：因紧固不牢引发的在旋转频率的一系列谐频上出现较大的振幅。 机械松动的振动特征： 振动方向：虽无特别容易出现的方向，但垂直方向的振动出现可能性较大。 振动频率：除基本频率 外，可发现高次谐波（2 、3 ）成分，也会发生1/
10、 、2/ 等。,相位：与旋转标志同步。 振幅：如使转速增减，振幅会突然变大或减小。 4、自激振动 自激振动：电磁力作用下产生的振动，其基本频率就是电源的频率。 自激振动的振动特性： 定子系统：1）电源电压不平衡（包括线圈不平衡）；2）磁隙不均；3）磁力中心不正常,转子系统：1） 二次线圈不平衡2）轴弯曲 二、齿轮的故障诊断 1、齿轮的振动机理齿轮啮合刚度的周期性变化齿轮啮入啮出的冲击形成周期性的脉冲激励振动频率与每次啮合频率一致啮合频率-主、从动齿轮的齿数；-主、从动齿轮的转速。,其它引起齿轮异常振动的原因有： 1）制造、装配精度 2）磨损 3）表面疲劳 4）塑性变形 5）断裂 2、齿轮故障的
11、振动诊断齿面损伤引起的振动特征：故障振动表现为一个调制振动过程，啮合振动的振幅受转频的调制，啮合频率为载频，转频是它的调频，边频带结构是齿轮故障振动的主要特征。,边频带频率成份为-旋转频率三、轴承的故障诊断 1、滚动轴承的振动机理滚动轴承各运动副中由于磨损、点蚀、压痕、裂纹、表面脱落等引起的周期性脉冲激励。 2、滚动轴承故障的振动诊断在周期性脉冲激励下滚动轴承形成低频和高频振动。,1） 低频段振动直接由缺陷引起的周期性冲击振动，各元件的故障特征频率为（外环静止、内环振动）：,滚动体：内滚道：外滚道：-滚动体个数 ； -滚动体直径；-轴承节径。2）高频段振动： -内环的振动频率。（1）内外环的固
12、有振动频率频率范围为：,故障振动诊断复习提纲 一、故障信号检测1、传感器种类：位移、速度、加速度选型：量程、频响 2、信号适调放大：电荷放大、电压放大滤波：低通、高通、带通、带阻,3、信号采集：采样：采样定理、采样长度、频率分辨率4、信号记录磁带记录仪：模拟量储存（A/D以前）数据记录仪：数字量储存（ A/D以后）,二、故障信号分析 1、时域分析均值：mean(x)方差：var(x)有效值（标准差）：std(x)峭度：kurtosis (x)绝对值：abs (x)最大值：max (x)最小值：min (x)求和：sum (x)累积和：cumsum (x),2、频域分析快速傅氏变换：f f t(x)逆快速傅氏变换：if f t(x)功率谱密度：psd(x)倒谱分析：rceps(x)3、延时域分析自相关：xcorr(x,x)互相关：xcorr(x,y),三、故障诊断1、故障振动诊断不平衡的振动特征不对中的振动特征机械松动的振动特征机械共振的振动特征齿轮的故障的振动特征轴承的故障的振动特征2、检测信号的特征与故障振动特征的分析、比较、综合,3、什么是故障和故障诊断 4、故障诊断的目的在故障没有造成严重后果之前，及时地发现故障，进行恰当的维护。,祝 同学们考试成功！取得优异成绩！,
