机电设备故障诊断与维修 教学课件 作者 汪永华 第2章 机械设备状态监测与故障诊断.ppt

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1、第2章机械设备状态监测与故障诊断技术返回章目录第一节概述第二节振动监测与诊断技术第三节噪声监测与诊断技术第四节温度检测技术返回章目录2.1概述2.1.1机械故障及其分类机械故障，就是指机械系统（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。通常见到发动机发动不起来、机床运转不平稳、汽车制动不灵、机器运转中出现异常的声音等都是机械故障的表现形式。依据不同的分类标准，机械故障可以分为很多种，对机械故障进行很好的分类后就能更好的针对不同的故障形式采取相应的对策，常见的故障分类见表2-1返回章目录2.1概述分类

2、依据故障名称定义按故障性质分暂时性故障永久性故障按引发故障的过程速率分突发性故障渐发性故障按故障发生的时期分（设备故障率如图2-1所示，这种分类方法即按故障发生的时期分，对设备的维修工作具有重大意义）早期故障使用期故障后期故障按故障的表现形式分结构型故障参数型故障按故障机理分磨损腐蚀结构失效系统失效表2-1常见的机械故障分类返回章目录2.1概述图2-1设备故障率曲线返回章目录2.1概述2.1.2机械故障诊断的基本方法及分类机械故障诊断可以如下分类:1.按诊断参数分类振动诊断适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。温度诊断适用于工业炉窑、热力机械、电

3、机、电器等。如红外测温监控技术声学诊断适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。如管壁测厚、声发射诊断技术。光学诊断适用于探测腔室和管道内部的缺陷。如光学探伤法。油液分析、污染诊断适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。如铁谱分析技术。压力诊断适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。强度诊断适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。电参数诊断适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。返回章目录2.1概述2.按目的分:（1）功能诊断（2）运行诊断对正在运行的设备进行状态诊断，了解其故障的情况。3.按周期分:（1）定期诊断每隔一定时间对监测的设备进

4、行测试和分析；（2）连续诊断利用现代测试手段对设备连续进行监控和诊断。4.按提取信息的方式分:（1）直接诊断直接根据主要零件的信息确定设备的状态，如主轴的裂纹、管道的壁厚等；（2）间接诊断利用二次诊断信息来判断主要零部件的故障，多数二次诊断信息属于综合信息；5.按诊断时所要求的机械运行工况条件分:（1）常规工况诊断（2）特殊工况诊断返回章目录2.2振动监测与诊断技术2.2.1机械振动的基础知识机械设备状态监测中常遇到的振动有：周期振动、近似周期振动、窄带随机振动和宽带随机振动，以及其中几种振动的组合。周期振动和近似周期振动属确定性振动范围，由简谐振

5、动及简谐振动的叠加构成。1.简谐振动简谐振动是机械振动中最基本、最简单的振动形式。其振动位移x与时间t的关系可用正弦曲线表示，表达式为：式中：D：振幅，又称峰值（mm或）；T：振动的周期，即再现相同振动状态的最小时间间隔（s）；φ：振动的初相位（rad）。返回章目录2.2振动监测与诊断技术2.实测的机械振动：(1)振幅振幅表征机械振动的强度和能量，通常以峰值、平均值和有效值表征。1)峰值Xp表示振幅的单峰值，在实际振动波形中，单峰值表示振动瞬时冲击的最大幅值。Xp-p表示振幅的双峰值，又称峰-峰值，它反映了振动波形的最大偏移量。2)平均值表示振幅的

6、平均值，是在时间T范围内设备振动的平均水平，其表达式为：返回章目录2.2振动监测与诊断技术3)有效值表示振幅的有效值，他表示了振动的破坏能力，是衡量振动能量大小的量。ISO标准规定，振动速度的方均根值即有效值，为“振动烈度”，作为衡量振动强度的一个标注。其数学表达式为：(2)频率频率是振动的重要特征之一。不同的结构、不同的零部件、不同的故障源，则产生不同频率的机械振动。(3)相位不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。对于两个振源，相位相同可使振幅叠加，产生严重后果；反之，相位相反可能引起振动抵消，起到减振的作用。返回章目录2.2振动监测与诊断技术

7、2.2.2机械振动的信号分析设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三个方面。其具体实施过程可以归纳为以下四个方面。（1）信息采集；（2）信号处理；（3）状态识别；（4）诊断决策诊断内容如图2-2所示：图2-2设备诊断过程返回章目录1.数字信号采集机械故障诊断与监测所需的各种机械状态量（振动、转速、温度、压力等）一般用相应的传感器换为电信号再进行深处理。通常传感器获得的电信号为模拟信号，它是随时间连接变化的。随着计算机技术的飞速发展和普及，信号分析中一般都将模拟信号转换为数字信号进行各种计算和处理。（1）采样采样是指将所得到的连续信号离散

8、为数字信号，其过程包括取样和量化两个步骤。（2）采样间隔及采样定理根据Shannon采样定理，带限信号（信号中的频率成分）