典型零部件的故障诊断

1、第五章 典型零部件的故障诊断本章教学目标：1、理解齿轮传动故障的成固和特征2、了解带传动故障的诊断3、熟悉诊断方法教学重点、难点：教学学时:教学手段：课件、现场教学，分组训练教学内容：第五章典型零部件的故障诊断一、典型零部件故障成因及故障信号特征故障振动：某运动部件岀现破损、磨损、疲劳失效、异常侵入运动副等，都 会使运动部件的运动状态发生变化，引起异常振动。故障振动的频率成分为故障特征频率故障诊断的工作方法之一：在设备振动频率成分屮寻找故障频率，从而判断 设备的故障部位1. 电动机故障诊断电力振动引起的电动机振动的基木频率成分应当是电力工频（50hz）的整数 倍，与电动机的极对数有关。vn二6

2、0f/p当电动机的机械频率部分产生故障时，故障频率与电动机基本频率应当一 致。实际情况中，因电动机存在滑移和相位滞后关系，实际故障频率略低于基本 频率。（二）电动机故障诊断2 带传动故障诊断2.1带轮质量不均衡引起的振动振动特征：简谐振动，其频率接近电机回转频率 仕，振动相位不变化，r.振幅随n t而幅值t主耍故障原因:（1）带轮质量不均衡;（2）带轮槽几何精度及带形状不均振动方向类型：带木身振动；由带轮儿何精度超羞引起的振动2. 2带传动谋差引起的振动1）带本身振动:振动形式一横波振动基频 f 二 fo(l- u 2/u2)u波速高阶 fn = nf =n fo(l- v 2/u2)2）带轮

3、几何精度超差或尺寸形状不均运动方向n=l> 2、 3检测：作信号平均分析，取两组同步取点：一是轮上，二是带上，分析信号周期与哪个件运动周期吻合，就是哪个件引起的冲击振动。一般带形状误差引起3 轴的故障诊断轴的故障引起的振动频率如下：（1）轴弯曲或质量不均引起频率为 回转频率q齿轮啮合频率的振动（2）联轴器两轴小心线偏移不同轴 时，引起冋转频率及其谐波频率的振动（3）轴的松动也会引起以回转频率 为基频的振动x(t)|x（t）aa)b)带传动误差引起的冲振动轴的故障原因及其特征频率振动原因特性特征频率相位振幅与n的关系振动方向备 注不同轴£、2力、3fr恒定振幅与n无 关转向振动为

4、主振幅a在轴向振动大壬 横向轴松动力,*£，寺£，2力，3齐转速增加振 幅上下变化垂直方向 振动为主当离心力大于重力旺 振动方向不定轴弯曲（或轴上 齿轮不平衡）人或几振幅与护成 正比水平径向振动为主当a不严格与n成正二 时还存在不同轴振动注：fr回转频率；尬轴的转速；fm齿轮啮合频率。总之，轴引起的振动都在低频范围，三种振动可从其振动方向、振动幅值与 转速关系上判别出故障原因来。4. 齿轮激发的振动及其特征频率4. 1产生振动和噪声原因：齿轮误差、失效、疲劳磨损等4. 2振动的三个特征频率点：1）轴冋转频率 fr二n/60转/秒轴不同fr不同2）啮合频率每秒啮合次数fm=z

5、fr z齿数对丁“一对齿，伽1 二 fm2 二 zlfrl 二 z2fr23）齿轮的同有频率振动仪号类型：调频、调幅、脉冲冲击。为寻找故障信号，需对信号解调，找出调制频率和信号基频，然后参照齿轮振动觉频率及特征表找故障。m齿数到等效质量k等效弹簧弹性模量4. 3振动分析1）在判别齿轮系统异常成因吋，先从吋域图上分析振动类型，看它属于幅 值调制型或脉冲型，再从频谱图上分析其频率成分、幅值大小及边频带，判断设 备异常部位、故障性质及原因。2）当齿轮啮合不好或齿而粗糙会引起轴向振动；当齿轮侧隙过大时会出现. 啮合冲击。3）轴的弯曲变形会产生轴向力造成齿轮轴向振动5. 滚动轴承引起的振动及噪声特征：滚

6、动轴承损伤程度高低及其劣化程度都能通过轴承旋转过程屮产生的 振动、噪声以及基其它可测信号加以测量与判断。滚动轴承曲振动时频域波形如下图所示。从图中可以看出，其波形有两个特 点：一是无冲击，二是变化慢。正常轴承的振动波形举例：频谱分析方法精加工表面波纹数引起的滚动轴承低频脉冲频率序号披纹数元件波度峰谷数 动频率径向、角向向径向、角向轴向1内 环mz±lmzmzfi±frrnzfc2外 环mz±lmzmzfc3滚动体2m2m2硕士几2mfb注：勿为正整数；z为滾动体数；其余各符号同表104。二、滚动轴承的故障诊断2. 1滚动轴承的振动监测技术(1)频率分析法原理：滚动

7、轴承出现故障必表现一定的特征频率成分，在谱图上找出峰 值点的频率，进而找出故障原因。频率种类：fr -轴的频率fr=n/60fi -内环上一点与一个滚动体的接触频率fi=fr (1+d/dcos )fc -外环上一点与一个滚动体的接触频率fc=fr (1-d/dcos )fb -滚动体上一点与外环上或内环的接触频率fb=f2d/dl-(d/dcos )/2注：实际频谱的故障频率往往在仕、fi、fc、fb 等频率为间隔的上、下边频率(2)包络分析法原理：轴承运转时，轴承的某一零件表面的点蚀与其它零件接触会产生系列的高频脉冲，其脉冲间隔即脉冲的重复速率就是指示故障部位的重耍信 息。方法：a)从滚动

8、轴承某元件共振区的高频部分屮找岀其谐波间隔b)从包络信号屮找岀基波频率a mo（3）倒谱分析法原理：利用其谐波和边频的特征可为轴承质量评定和故障诊断提供信息案例：（对下图二个图形分析）ji_ h h n 18滚动轴承严重磨损引起的振动卜彳（切7滚动轴飛点蚀引起的握动经分析解剖观察证实该故障是由于轴承内圈具有疲劳剥落和点蚀损伤引起 的。特点：在倒频谱上反映出轴的故障远比时域描述和频谱分析灵敏、清晰。（4）振动简易诊断法原理：用测振仪在高频段测取轴承的故障信息，以此判断轴承的运行状态。 方法：（a）当用测振仪宜接以轴承振动值时，一般以相对标准做为诊断标准。（b）也可用测取轴承振动的冲击峰值与其自效

9、值z比來判断轴承的故障状 态。2. 2冲击脉冲法诊断故障适用：诊断滚动轴承故障设备：spm-43a型和国产cmj1型冲击脉冲计测量原理：基于轴承的损伤一冲击一寿命间的关联性而工作的。基于这个原 理，通过检测轴承内滚珠或滚轴与滚道的撞击程度就可有效了解轴承的工作状 态。分析：1）滚动轴承因损伤或制造装配不良等原i大i引起的周期性冲击，损伤 越严重，冲击越剧烈。2）其输出时域波形即成为高频周期性减幅振幅信号。3）当冲击脉冲值达到初始目标值i的1000倍，轴承寿命终止。 初始冲击值：i 表面良好但n或d不同时的冲击量绝对冲击值任何吋候的冲击量5v,也用分尺dbsv故障级（倍数）n=sv/i用分尺时d

10、bndbn=dbsv-dbi良好：dbi<20db（绿区）有损：dbn=20"35c/b（黄）破坏：dbn>35db （红区）国产c町-1冲击脉冲计应用条件：先预知轴承转速n,内径d。测量：脉冲-传感-放大-解调、滤波、比较-输出cm j -1型国产脉冲计破坏期能看到损伤朋发展中的损伤期耀伤或极小的损冲击脉冲值dbm与轴承平均寿命关系23接触电阻法诊断轴承故障原理：在轴承的电阻值来判断，如右图：正常接触，有汕膜存在r轴承二1 106故障：t轴承1,油膜厚度与接触电阻关系见下图油膜片度与接触电阻关系区别：振动监测法对剥落、凹坑比较敏感，而接触电阻法对磨损、腐蚀等这 一类的缺

11、陷较敏感，两者是相互补充。采用接触电阻法的注意问题：（1）转速较低时，轴承的油膜遭到破坏，此时不能使用此法。（2）为测量轴承固定部分与旋转部分两端电阻，旋转轴和外壳必须在轴承 以外部位相对绝缘。（3）在同一轴上有许多轴承时，不易作出判断，则要经过多点、多次测试 才能给岀正确的绪论。三、齿轮传动的故障诊断3. 1齿轮传动的基频特征和频谱特点齿轮传动的故障诊断大多借助的是频谱分析，可检测的信号除振动和噪声 外，还可检测振动的位移。齿轮啮合振动的波形可分解为许多简谐波z和，且在这些谐波的频率分量 中，有与齿数有关的fm、2fm、3fm等，均与fm有关。说明fni在齿轮传动故障 诊断中的重要意义。结论

12、：鉴于倒频谱有使谱线定位明确和峰值突岀优点，对于复杂齿轮传动系 统的多种频率成分的边带调制信号分析尤其有利，常常以倒频谱分析作为齿轮箱 精密诊断的基本分析方法之一。3. 2齿轮传动故障诊断技术功率谱分析法倒谱分析法同步平均分析法时域分析法3. 3齿轮箱精密诊断实例以高速精密车床主轴箱为例(1) 诊断步骤确定诊断对象进行调查分析结构分析及理论计算确定诊断方法参数测量，信息处理分析判断，得出结论(2) 诊断实例(以上图进行振动诊断)选一传动路线进行分析：z?所在轴/实测转速为1364r/min，则n i 1364/ 轴旋转频率为 /r3=- = hz=22.73hz60 60a,3 =九 6 =

13、z3fr3 = 39 x 22.73hz = 886.47 血d轴旋转频率为几=血=迤f工h乙=17.38hz% 51二阶频带九 3 2几3 = 841.031000x1 = 833.33 h 乙两者误差为：芈|晋竺“00% “91%故障分析：由表10-10可发现与轴承自关的振动主要发生在第7、8、12、13、14、17轴承及相关零件上。齿轮引起振动主要由z3、z8齿轮啮合引起。四、机床电气设备维修引言：现代制造装备自动化程度不断提高，机床电气控制系统重要性越来越 突出，电气控制系统的故障都会造成设备故障停机。做好机床电气设备的维修工作，提高电气控制系统的工作可靠性是机电设备维修的一项重要任务

14、。4.1电气系统故障检查方法电气控制线路组成：电气元件、电源、导线及连接的固定部分引起屯气故障的原因：损耗引起的发热、散热条件改变、电弧产生，电源电压、频率变化以 及环境因索等。4. 1. 1电气系统故障检查准备工作（1）电气控制电路主要故障类型电源故障：其中电源参数变化占20%左右线路故障：导线故障（绝缘层老化破损、导线折断）；导线连接部分故 障（松脱、氧化、发霉等）元器件故障一一元器材损坏、性能变差（2）准备工作根据故障现象对故障进行充分的分析和判断，确定可行的检修方案研读设备电气控制原理图准备好电气故障维修用各种仪表工具（验电器、校火灯、万用表、电池灯、 电路板测试仪）望、问、听、切（用

15、手触摸、通、断电检查；对多路并存电路在分清主次情 况下按步检修）4. 1.2现场调查和外观检查4. 1. 3利用仪表和诊断技术确定故障（1）利用仪表确定故障线路故障的确定 十-j- 十-j- 一 t- 一 一 一 _ - - 丁 6! 一一一 一图6.3电阻分阶测m：法-©-©i一一一一二 一ml-图6.4 电阻的分段测量法电阻测量法：分阶测量；分段测量电压测量法：分段测量法；分阶测量法短接法：长短接法；局部短接法图1局部短接法元件故障的查找确定图2长短接法电阻元件故障的查找：对怀疑有故障的元件可测量其本身电阻加以判定图9 伏安法测电阻接线方式(a) 测量电阻元件热态电阻采

16、用伏安法(b) 对于阻值较小冃需要精确测量的屯阻采用屯桥法测量10q以上可使用单臂电桥10q以下应使用双臂电桥r = krr-被测电阻k-屯桥倍率r电桥可调电阻电容元件的故障查找：测量容量和漏电阻。容量可用电阻表简单测算表6.5 用欧姆表测电容时的故i判断用号欧姆衣新什动作现線电容器悄况1齐m侑创均没冇反应电容»容尿消失我断路2低円1档没冇反炖岛尺1拼仆反炖电容s容尿比小3 开ftfnh & *t(mmh 然忘逐渐何« 艰后折向无穷大处基本止描4开血时衣针向心偏竹然a7逐渐冋» m 航不他拥向无力人处电容器iw电较大5持针迅速1沏右偏转u13定地惜向荣-刻

17、 /«电容器容就消失fliw电较大6-mh佝右谊转逐渐问谅话文向右fti转电容皤仔在不ta定tw电漁tw电1曲电hi、aiur® 空化很大7佈针迅速反僞出现"扌t丧”现彖电容器冇初j始电电ik方向£欧姆&内电池 极性力向m el 应放电后w m8描针迅連正做出现“打 q现越电容器仃初始电圧.“该电圧方向耳欧姆缶内电池 极性力向和1<4 应放电后再m电感元件的故障查找：基木参数：电感、电阻、功率和电压等判定方法：测量其直流电阻和交流电阻，如无异常则电感元件无故表6.6电感元件故障与参数变化表序号故障种类参数变化情况1匝间短路直流电ph滅小，电

18、感虽减小2铁心层间绝缘损坏直流电阻不变，电感最滅小，被测元件有功功率增加3断路直流电阻为无穷大4短路直流电阻为零5介质损耗增加直流电阳不变电感秋减小不明显，只有在岛频时，电感倉减少才 较为明显且被测元件有功功率増加(2) 利用经验确定故障弹性活动部件法电路敲击法黑暗观察法卄接触测温法元件替换法对比法交换法加热法分割法(3) 电气故障快速查找法检查线路状况检查电源情况对易查件进行检查4. 14故障的排除与修理绝缘不良：清洁、更换新线或元件导线连接故障：过渡板、垫圈、锡焊接等4. 2试验技术4. 2.1电气设备的绝缘预防性试验目的：掌握设备的绝缘强度，及早发现隐藏缺陷，采取对应措施处理，避免 停电

19、或设备损坏事故。内容：绝缘电阻和吸收比测量介质损失测量直流耐压和泄漏电流的测量 交流工频耐压试验4. 2. 2交流电动机和开关电器试验(1)交流电动机试验分为同步和异步电动机(主要介绍异步电动机的有关试验)测量绝缘电阻和吸收比泄漏电流及直流耐压试验(见下图)e9 « -1 直流耐压和泄漏电流测试装置cx被试物体；4安表二ta停止按洌象。zs雜流管 dsb灯 丝变馬器sb试验变汗器；tyb调庄变压器;斤一保护屯阻18-2各种脱电砸敲從融繃瓣龜艇(kv)ftt电踰(kv)不卿测电册训10t20t3冗m50t60t1.2-35*46tf1001602606-15104s72114in300

20、46820-3520n108180290432700>3540so120200joo500800工频交流耐压试验绕组直流电阻电动机空转检查和空载电流的测定(2)低压开关试验4. 2. 3老化试验老化：绝缘材料受热、电和机械应力等因素性能逐渐变化，导致损坏现考虑到各材料运行条件不同，老化因素不同，应把各种老化因素组合起来进行多因素老化试验内容：热老化试验、电老化试验4. 3常用电气设备故障诊断维修实例4. 3. 1低压电器常见故障与检修低压电器有保护类低压控制电路如熔断器、漏电保护器等；控制电器类，如 接触器、继电器、电磁阀和电磁抱闸等；主电器类，如万能转换开关、按钮、行 程开关等。(1)

21、 接触器(a) 交流接触器检查步骤：电气检查一机械部分检查一通电检查(可靠动作，吸合无明显响 声，断电复位迅速)常见故障： 线圈故障：过热烧毁和断线 接触器触头熔焊：频繁起动，有短路点，触头氧化，接触压力不止常。 吸合不正常 断电后铁芯不能释放(b) 直流接触器常见故障与交流接触器相同，分析方法相似。例：一台czq-40/20直流接触器，吸合后马上断开，乂吸全合，有时吸合, 不能吸合。分析：线圈回路不良(2) 继电器热继电器常见故障现象：接入主电路或控制电路不通；误动作；电动机已烧毁，而热 继电器尚未工作时间继电器«6.9时间堆电越的常见故障及修理方法故障现象产生原因修理方法延时触头

22、 不动作电磁铁线圈断线更换线圈电謙电压低于线圈额定电压很多更换线圈或调高电源电乐电动式时间继电器的練爪无并性，不能刹住棘齿调换棘爪电动弍时间维电器的同步电动机线sj器线ml f-m ik u« -1. mt 円伏别仇电动式时间继电器的游丝断裂脚换游丝延时时间缩短空气阻尼式时间继电器的气室装配不严制气修理或更换气室空气阻尼式时间继电器气室内橡皮薄腰损坏调换橡皮薄膜延时时间变长空吒阻尼式时间继电器气室内有灰尘使代逍阻塞清除气室内“灰尘便气ifi畅通电动式时间继电器的传动机构缺润滑油加入适倉润滑油(c)速度继电器图618感应式速度继电器结构原理图1支架;2、6轴;3短路绕组；4定子；5转子；7轴承;8顶块；9j2-动合触头u0j1 -动断触头(3) 熔断器常见故障:熔体误熔断一接触不良；短路电流所致熔体未熔断，但电路不通一熔体两端接触不良所致(4) 主令电器(a) 按钮(b) 行程开关表611行程开关的分类及特点序号类别箝点1按钮式结构