机械故障诊断概述

故障诊断基础1.机械故障诊断概述2.机械故障诊断中的信号处理3.振动与噪声监测技术4.超声波与声发射检测技术5.油样分析技术6.温度监测方法7.滚动轴承与齿轮故障诊断技术8.旋转机械故障诊断技术9.往复机械故障诊断技术宋玉超2014.3第一章机械故障诊断概述

1.1机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容1.2设备故障的信息获取和检测方法1.3机械设备故障诊断方法的分类1.4机械设备故障诊断技术的发展概况1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容现代工业生产对机械设备的要求:可靠性可用性维修性经济性安全性进行全寿命管理，实行全面质量保证体系制度机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色；机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色；机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术机械故障：失效与损坏是严重的故障。指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容分类标准分类名称（1）按发生原因分磨损性故障错用性故障先天性故障（2）按造成的后果分危害性故障安全性故障（3）按发生的快慢分突发性故障渐发性故障（4）按发生的范围分部分性故障完全性故障（5）按发生的频次分偶发性故障多发性故障（6）按系统功能丧失的程度分永久性故障非永久性故障（7）按故障相关性划分相关故障非相关故障（8）按故障发生的时期划分早期故障使用期故障后期故障机械故障的分类机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容

按诊断对象分：旋转机械诊断技术往复机械诊断技术工程结构诊断技术运载器和装置诊断技术通信系统诊断技术工艺流程诊断技术机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容

按按诊断目的和要求分类：功能诊断与运行诊断定期诊断和连续诊断直接诊断和间接诊断常规工况与特殊工况诊断在线诊断和离线诊断机械设备诊断技术的分类CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容按诊断方法的完善程度分类简易诊断利用一般简易测量仪器对设备进行监测，根据测得的数据，分析设备的工作状态。如利用测振仪对机组轴承座进行测量，根据测得的振动值对机组故障进行判别或者应用便携式数据采集器将振动信号采集下来后再进行频谱分析用以诊断故障。精密诊断技术利用较完善的分析仪器或诊断装置，对设备故障进行诊断，这种装置配有较完善的分析、诊断软件。精密诊断技术一般用于大型、复杂的设备，如电站的大型汽轮发电机组、石油化工系统的关键压缩机组等。设备故障诊断的基本方法CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容（1）传统的故障诊断方法首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。

其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法，以旋转机械为例，振动及其频谱特性的征兆是最能反映故障特点、最有利于进行故障诊断的手段。设备故障诊断的基本方法CompanyLogo1.1机械设备故障诊断技术的意义、

目的和内容（2）故障的智能诊断方法在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能（ArtificialIntelligence）的理论和方法用于故障诊断，发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条全新的途径，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。人工智能的目的是使计算机去做原来只有人才能做的智能任务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等功能。专家系统（ExpertSystem）是实现人工智能的重要形式.

专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间（包括数据库）组成。专家系统的核心问题是知识的获取和知识的表示。设备故障诊诊断的基本本方法CompanyLogo1.1机械设备故故障诊断技技术的意义义、

目的的和内容（3）故障诊断断的数学方方法设备故障诊诊断技术作作为一门学学科，尚处处在形成和和发展之中中，必须广广泛利用各各学科的最最新科技成成就，特别别要借助各各种有效的的数学工具具。包括基基于模式识识别诊断方方法，基于于概率统计计的诊断方方法，基于于模糊数学学的诊断方方法，基于于可靠性分分析和故障障树分析的的诊断方法法，以及神神经网络、、小波变换换、分形几几何等新发发展的数学学分支在故故障诊断中中的应用等等等。推广和和应用用设备备状态态监测测与故故障诊诊断技技术可可以达达到如如下目的：状态监监测与与故障障诊断断技术术是预预防(状态)维修的的必要要条件件状态监监测与与故障障诊断断技术术是开开展预预防(状态)维修的的重要要支撑撑1.1机械设设备故故障诊诊断技技术的的意义义、目目的的和内内容保障设设备运运行安安全，，防止止突发发事故故保证设设备工工作精精度，，提高高产品品质量量实施状状态维维修(或预防防维修修)，节约约维修修费用用避免设设备事事故带带来的的环境境污染染及其其它危危害给企业业部门门带来来较大大的间间接经经济效效益1.1机械设设备故故障诊诊断技技术的的意义义、目目的的和内内容设备诊诊断：即“设备医医生”用一定定的仪器、、手段段定性、定量描述设设备状状态分析故故障发发生原原因并根据据运行行状态态的变变化预预测故故障的的发展展最终实现对对故障障的控控制1.1机械设设备故故障诊诊断技技术的的意义义、目的和内容容目标：：保证证设备备的安安全、、可靠靠和高高效、、经济济运行行主要目目的：：及时、、正确确、有有效地地对设设备的的各种种异常常或故故障状状态作作出诊诊断，，预防防或消消除故故障；；同时时对设设备的的运行行维护护进行行必要要的指指导。。确保保可靠靠性、、安全全性和和有效效性制定合合理的的监测测维修修制度度，保保证设设备发发挥最最大设设计能能力,同时在在允许许的条条件下下充分分挖掘掘设备备潜力力，延延长其其服役役期及及使用用寿命命，降降低设设备全全寿命命周期期费用用通过检检测、、分析析、性性能评评估等等，为为设备备修改改结构构、优优化设设计、、合理理制造造及生生产过过程提提供数数据和和信息息状态监监测：：故障诊诊断：：指导设设备管管理和和维修修：1.1机械设设备故故障诊诊断技技术的的意义义、目目的和和内容了解和和掌握握设备备的运运行状状态。。包括括采用用各种种检测测、测测量、、监视视、分分析和和判别别方法法，结结合设设备的的历史史和现现状，，考虑虑环境境因素素，对对运行行状态态作出出评估估，并并为进进一步步分析析提供供信息息根据状状态监监测所所得信信息，，结合合已知知的结结构特特性和和参数数、环环境条条件及及运行行历史史，对对故障障进行行预报报和分分析、、判断断，确确定故故障的的性质质、类类别、、程度度、原原因、、部位位，指指出故故障发发生和和发展展的趋趋势及及其后后果根据故故障诊诊断的的结果果，提提出控控制故故障继继续发发展和和消除除故障障的对对策或或措施施(调整、、维修修、治治理)；为推推进视视情维维修体体制提提供依依据有利于于提高高设备备管理理水平平避免重重大事事故发发生，，减少少事故故危害害性可以获获得潜潜在的的巨大大经济济和社社会效效益1.1机械设设备故故障诊诊断技技术的的意义、目的的和内内容有利于于提高高设备备管理理水平平“管管好、、用好好、修修好””设备备，不不仅是是保证证简单单再生生产的的必要要条件件，而而且能能提高高企业业经济济效益益，推推动国国民经经济持持续、、稳定定、协协调地地发展展机械设设备状状态监监测与与故障障诊断断是提提高设设备管管理水水平的的一个个重要要组成成部分分避免重重大事事故发发生，，减少少事故故危害害性现代设设备的的结构构越来来越复复杂，，功能能越来来越完完善，，自动动化程程度越越来越越高。。但是是，当当设备备出现现故障障时所所带来来的影影响程程度也也明显显增大大，有有时不不仅仅仅是造造成巨巨大的的经济济损失失，往往往还还会带带来灾灾难性性的事事故发展机机械设设备状状态监监测与与故障障诊断断技术术，并并进行行有效效、合合理的的实施施，可可以掌掌握设设备的的状态态变化化规律律及发发展趋趋势，，防止止事故故于未未然，，将事事故消消灭在在萌芽芽可以获获得潜潜在的的巨大大经济济和社社会效效益生产设备停停机、停工工带来的单单位损失越越来越大最大限度降降低设备寿寿命周期费费用，最大大限度提高高以生产经经济性为目目标的管理理寿命周期费费用(LCC)＝研制费用＋＋生产费用用＋使用、维维修费用＝购置费用＋使用、维维修费用推行设备诊诊断技术和和现代维修修技术，有有助于减少少使用、维修修费用，从而从整整体上降低低设备的寿寿命周期费费用☆目的意义举举例：美国Pekrul电厂故障诊诊断效益分分析☆目的意义举举例：空难2009年6月1日14时，法航空空客A330起飞不久后后与地面失失去联系。。机上228人全部遇难难。飞机残骸☆目的意义举举例：2003年2月13日“哥伦比亚”航天飞机失失事外部燃料箱箱表面泡沫沫材料安装装过程中存存在的缺陷，一块泡沫沫材料脱落落击中航天天飞机左翼翼前缘。当当航天飞机机返回经过过大气层时时，剧烈摩摩擦使温度度高达1400℃℃的空气冲入入左翼并融融化了内部部结构返航过程保证可靠地地、高效地地发挥设备备应有的功功能☆☆☆1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法被测设备信号采集获取检测信号信号处理设备特征信息状态识别对比设备允许参数故障确定趋势分析诊断决策设备诊断过程框图1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆故障信息的的获取方法法直接观测法法;参数测定法法;磨损残渣测测定法;设备性能指指标的测定定1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆故障信息的的获取方法法(一)直接观测法应用这种方法对机器状态做出判断主要靠人的经验和感官，且限于能观测到的或接触到的机器零部件。1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆故障信息的的获取方法法(二)参数测定法

根据设备运动的各种参数的变化来获取故障信息是广泛应用的一种方法。其它如噪声、温度、压力、变形、胀差、阻值等参数也是故障信息的重要来源。1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆故障信息的的获取方法法(三)磨损残渣测定法测定机器零部件如轴承、齿轮、活塞环等的磨损残渣在润滑油中的含量，也是一种有效的获取故障信息的方法，根据磨损残渣在润滑油中含量及颗粒分布可以掌握零件磨损情况，并可预防机器故障的发生。有关这方面的详细内容将在第五章中叙述。1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆故障信息的的获取方法法(四)设备性能指标的测定

设备性能包括整机及零部件性能，通过测量机器性能及输入、输出量的变化信息来判断机器的工作状态也是一种重要方法。例如，柴油机耗油量与功率的变化，机床加工零件精度的变化，风机效率的变化等均包含着故障信息。对机器零部件性能的测定，主要反映在强度方面，这对预测机器设备的可靠性，预报设备破坏性故障具有重要意义。1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆设备故障的的检测方法法(一）振动和和噪声的故故障检测5．声学法4．冲击能量量与冲击脉脉冲测定法法3．模态分析析与参数识识别法2．特征分析析法1、振动法1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆设备故障的的检测方法法(二）材料裂纹及及缺陷损伤伤的故障检检测4．磁粉探伤法1．超声波探伤法3．渗透探伤法2．射线探伤法5．涡流探伤法6．激光全息检测法7．微波检测技术8．声发射技术

1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆设备故障的的检测方法法(三）设备零部件件材料的磨磨损及腐蚀蚀故障检测测这类故障除除采用上述述无损检测测中的超声声探伤法外外尚可应用用下列方法法：油液分析技术光纤内窥技术油液分析技术可分为两大类，一类是油液本身物理、化学性能分析；另一类是对油液中残渣的分析。具体的方法有光谱分析法与铁谱分析法。1.2设备故障的的信息获取取和检测方方法☆设备故障的的检测方法法(三）温度、压力力、流量变变化引起的的故障检测测机器设备系系统的有些些故障往往往反映在一一些工艺参参数，如温温度、压力力、流量的的变化中。。在温度测测量中除常常规使用的的装在机器器上的热电电阻、热电电偶等接触触式测温仪仪外，目前前在一些特特殊场合使使用的非接接触式测温温方法有红红外测温仪仪和红外热热像仪，它它们都是依依靠物体的的热辐射进进行测量。。1.3机械设备故故障诊断方方法的分类类设备故障诊诊断技术的的分类，有有三种分类类方法（一）按照照诊断的目目的、要求求和条件分分类分为功能诊诊断和运行行诊断、定定期诊断和和连续监测测、直接诊诊断和间接接诊断、在在线诊断和和离线诊断断、常规诊诊断和特殊殊诊断、简简易诊断和和精密诊断断等等。（二）按诊诊断的物理理参数分类类振动、声学学、温度、、污染、无无损诊断、、压力诊断断等等，都都是按物理理参数分类类。（三）按照照按诊断的的直接对象象分类各种不同的的对象，诊诊断方法、、诊断的技技术、诊断断的设备都都有很大区区别，按照照机械零件件、液压系系统、旋转转机械、往往复机械、、工程结构构等等来进进行区分。。1.3机械设备故故障诊断方方法的分类类(1)功能诊断和和运行诊断断功能诊断主要是针对对新安装的的设备或刚刚刚维修过过的设备，，而运行诊诊断更多是是起到状态态监测的功功能。(2)定期诊断和和连续监测测(3)直接诊断和和间接诊断断直接诊断是直接根据据关键零部部件的状态态信息来确确定其所处处的状态，，例如轴承承间隙、齿齿面磨损.直接诊断迅迅速可靠，，但往往受受到机械结结构和工作作条件的限限制而无法法实现。间接诊断是通过设备备运行中的的二次效应应参数来间间接判断关关键零部件件的状态变变化。由于于多数二次次效应参数数属于综合合信息，因因此在间接接诊断中出出现伪警或或漏检的可可能性会增增加。4、在线诊断断和离线诊诊断在线是指对现场场正在运行行设备的自自动实时监监测；而离线监测是利用用磁带记录录仪等将现现场的状态态信号记录录后，带回回实验室后后再结合诊诊断对象的的历史档案案进行进一一步的分析析诊断或通通过网络进进行的诊断断。1.3机械设备故故障诊断方方法的分类类5、常规诊断断和特殊诊诊断常规诊断是在设备正正常服役条条件下进行行的诊断，，大多数诊诊断属于这这一类型诊诊断。但在在个别情况况下，需要要创造特殊殊的服役条条件来采集集信号，例例如，动力力机组的起起动和停机机过程要通通过转子的的扭振和弯弯曲振动的的几个临界界转速采集集起动和停停机过程中中的振动信信号，停车车对诊断其其故障是必必须的，所所要求的振振动信号在在常规诊断断中是采集集不到的，，因而需要要采用特殊诊断。6、简易诊断断和精密诊诊断简易诊断一般由现场场作业人员员进行。凭凭着听、摸摸、看、闻闻来检查。。也可通过过便携式简简单诊断仪仪器,如测振仪、、声级计、、工业内窥窥镜、红外外测温仪等等对设备进进行人工监监测，根据据设定的标标准或凭人人的经验确确定设备是是否处于正正常状态。。精密诊断一般要由专专业人员来来实施。采采用先进的的传感器采采集现场信信号，然后后采用精密密诊断仪器器和各种先先进分析手手段（包括括计算机辅辅助方法、、人工智能能技术等））进行综合合分析，确确定故障类类型、程度度、部位和和产生故障障的原因，，了解故障障的发展趋趋势。1.3机械设备故故障诊断方方法的分类类1.3机械设备故故障诊断方方法的分类类综上所述，，设备的检检测和故障障诊断技术术，可以迅迅速、连续续地反映设设备的运行行状态，预预示运行设设备存在的的潜伏性故故障，提出出处理措施施，不同程程度地延长长设备的服服役期，减减免不必要要的维修干干扰，大大大降低运行行成本，易易实行自动动化和科学学化设备管管理，是保保障设备安安全经济运运行的有力力措施，应应大力推广广。然而，，设备的检检测与故障障诊断技术术毕竟为新新兴的多学学科高新技技术，其发发展和实施施还存在许许多困难，，距离替代代预防性定定期检修还还有较长历历程。所以以，既要积积极开发、、推广这一一技术，也也要客观对对待，避免免盲从，不不断总结经经验，完善善系统，使使该技术更更好的为为为企业和人人民生产生生活服务.1.4机械设备故故障诊断技技术的发展展概况(1)离线系统与与在线系统统相互交融融，最终形形成基于Internet/Intranet的一体化远远程监测与与诊断系统统，其中：：分析方法和和算法等共共享数据库、知知识库共享享设备管理机机制共享在线系统负负责关键机机组设备巡检系统面面向尚无固固定测点的的中小设备备1.4机械设备故故障诊断技技术的发展展概况(2)监测与分析析新技术的的不断引入入硬件方面功能强化–便携式数采采增加整周周期采样、、双通道