设备状态监测与故障诊断技术教学课件林英志PPT 04-振动诊断方法.ppt

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1、设备状态监测与故障诊断技术主讲人：林英志第四章振动诊断方法学习目标：振动诊断是目前所有故障诊断技术中应用最广泛也是最成功的诊断方法，本章将介绍振动诊断的基本方法。通过本章的学习，要求掌握振动诊断的时域分析方法（包括直接观察法、概率分析法、示性指标法、时域同步平均法及相关函数诊断法）；熟知振动诊断的频域分析方法，明确频域分析的主要内容，务必使学生熟练掌握各种频率项的计算或查询方法；了解振动诊断的其他方法如倒频谱诊断法、轴心轨迹等。第一节振动诊断方法概述利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障诊断方法中最有效、最常用的方法。统计资料表明，由于振动而引起的设

2、备故障，在各类故障中占60%以上。据国内外报道，用振动的方法可以发现使用中的航空发动机故障的34%，可节约维修费用70%。利用振动检测和分析技术进行故障诊断的信息类型多，量值变化范围大，而且是多维的，便于进行识别和决策。振动检测方法便于自动化、集成化和遥控化，便于在线诊断、工况监测、故障预报和控制，是一种无损检验方法，因而在工程实际中得到广泛应用。第二节振动诊断的时域分析方法一、波形分析及示性指标1．直接观察法直接观察时域波形可以看出周期、谐波、脉冲，利用波形分析可直接识别共振现象和拍频现象。2．概率分析法图4-2为一高速滚动轴承工作时振动加速度幅值

3、的概率密度函数p(x)图，其中实线为正常轴承，虚线为某故障轴承的p(x)图。由于磨损、腐蚀、压痕等使振幅增大，谐波增多，反映到p(x)图上使其变峭，两旁展宽。异常正常p(x)x3．示性指标法式中：x(t)——系统中某特征点的振动响应；T——采样时间；p(x)——x(t)的概率密度函数。①在旋转机械振动监测和故障诊断中，对波形复杂的振动信号，常常采用其峰—峰值（双振幅），记为xp-p即最大峰值与其相邻的最低谷值之间的幅值作为振动大小的特征量，称为振动的“通频幅值”。峰—峰值的提取十分方便。这里顺便给出简谐振动的均方根幅值、峰值、峰—峰值与平均幅值之间的

4、关系，如图4-3所示。图4-3有效值、峰值、峰峰值与平均值之间的关系②利用系统中某些特征点振动响应的均方根幅值作为故障诊断的判断依据是最简单、最常用的一种方法。③比值α3/(σx)3称为偏态因数（简称偏态），此处σx为标准偏差。偏态是概率密度函数不对称性程度的度量。比值α4/(σx)4或[α4/(σx)4－3]称为峰态因数（简称峰态），是概率密度分布峭度程度的度量。峭度可以用作滚动轴承故障诊断用。如轴承圈出现裂纹，滚动元件或滚珠轴承边缘剥裂等在时域波形中都可能引起相当大的脉冲，用峭度作为故障诊断特征量是很有效的；但用于滑动轴承的故障诊断就不灵敏了。④

5、可利用下列的一些无量纲示性指标进行故障诊断或趋势分析：诊断能力由大到小顺序排列，大体上为峰态因数→裕度因数→脉冲因数→峰值因数→波形因数。二、时域同步平均法时域同步平均法是从混有噪声干扰的信号中提取周期性分量的有效方法，也称相干检波法。三、相关函数诊断法相关函数是振动信号在时延域上的描述，在系统的振源识别和故障诊断中有着广泛的应用。例如，在探测地下水（油）管的泄漏位置时，就可利用图4-5所示的配置来诊断管道的泄漏故障。当管道在某处破损时会发出漏水声，通过管道向左右传播。在漏水段的两端布置两个传感器测点，然后通过互相关函数求出时差τ，即可测定泄漏位置。

6、放大器互相关分析放大器传感器1□□传感器2管道图4-5管道泄漏的检测一、频域分析的主要内容振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息，振动诊断的任务从某种意义上讲，就是读谱图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释。这主要包括：振动频谱中存在哪些频谱分量？每条频谱分量的幅值多大？这些频谱分量彼此之间存在什么关系？如果存在明显的高幅值频谱分量，它的精确的来源？它与机器的零部件对应关系如何？第三节振动诊断的频域分析方法二、频率项一台机器设备在其运转过程中会产生各种频率项，单位可使用赫兹（Hz），即次/每秒。旋转频率项（简称工

7、频或基频）旋转频率（fz）=转速（rpm）/60常数频率项通常用来定义恒定不变的频率，例如电源频率（注：我国交流电源的频率为50Hz）。齿轮频率项首先进行一下齿轮振动分析，若以一对齿轮作为研究对象，若忽略齿面上摩擦力的影响，则其振动方程为Mrx”+Cx’+K(t)x=K(t)E1+K(t)E2(t)式中：X——沿作用线上齿轮的相对位移；C——齿轮啮合阻尼；K(t)——齿轮啮合刚度；Mr——齿轮副的等效质量，Mr=m1·m2/(m1+m2)，其中m1、m2分别为两齿轮质量；E1——齿轮受载后的平均静弹性变形；E2(t)——为齿轮的误差和异常造成的两个齿

8、轮间的相对位移（亦称故障函数）。每当一个轮齿开始进入啮合到下一个轮齿进入啮合，齿轮的啮合刚度就变化一次。变化