機械故障診斷新

1、機械故障診斷新第1頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四二、主要技術(shù)手段及各自特點1、振動診斷技術(shù) 振動測試、信號處理 2、油液分析技術(shù) 鐵譜、光譜 3、溫度檢測技術(shù) 紅外技術(shù) 4、無損檢測技術(shù) 第2頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四三、機械故障診斷的研究理論及發(fā)展發(fā)展概況 發(fā)展趨勢：機械性的評估方法和先進(jìn)服務(wù) 技術(shù)（終身、數(shù)字、智能）； 第3頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四第一章 機械故障診斷的基本原理 第一節(jié) 機械故障診斷概論 一、 機械故障：機械系統(tǒng)因偏離其設(shè)計狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。 故障原因故障現(xiàn)象 二、故障分類： 1

2、 、按故障發(fā)生的原因（如何解決故障的發(fā)生） 2、按故障發(fā)生的快慢（如何避免故障造成嚴(yán)重后果）第4頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四三、機械故障診斷的基本環(huán)節(jié)1、確立運行狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容；2、建立測試系統(tǒng)；3、測試、分析及信息提取；4、診斷及預(yù)測；第5頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四第二節(jié) 故障特征參量一、故障特征參量的定義 故障特征參量：對故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物理參量。 F某種故障類型； 1 i 特征參量或故障原因； F= f(1 ,2 )二、故障特征參量的選取原則 1、高度敏感性； 2、高度可靠性； 3、可實現(xiàn)性； 4、指向性；第6頁，共48頁，202

3、2年，5月20日，3點7分，星期四第三節(jié) 機械故障診斷的一般思維方法模式識別模糊診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能診斷（數(shù)據(jù)挖掘）1、邏輯管理方法 場合 情況 研究現(xiàn)象（故障） 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 A、F、G a 結(jié)論 情況A是現(xiàn)象a 的原因（結(jié)果） a: 病毒性感冒 A、發(fā)燒 B、咳嗽 C、胸痛 D、胃痛 E、無力 F、腳痛 G、失眠 第7頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四第三章 故障診斷的信號分析與處理技術(shù) 確定性信號： 周期 非周期 隨機信號： 平穩(wěn) 非平穩(wěn)第8頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四第一節(jié) 信號分析與處理中的常用數(shù)學(xué)變換一、 傅里

4、葉變換 對周期函數(shù) X(t)= 其中: 第9頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四二、傅里葉變換 對非周期函數(shù)第10頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四三、快速傅里葉變換 用快速算法來求算傅里葉積分的數(shù)值1） 傅氏變換的線性性質(zhì) 若 且a、b都是常數(shù) 則有：第11頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四2）帕斯維爾定理傅氏變換對舉例：1）2)3)第12頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第三節(jié) 時域分析方法一、統(tǒng)計特征參量分析 1、概率密度函數(shù)P(x) 正態(tài)過程： 2、均值：表示信號的平均變化情況 第13頁，共48頁，2022

5、年，5月20日，3點7分，星期四3、均方值：表示信號的平均能量4、有效值（統(tǒng)計參量）5、方差和標(biāo)準(zhǔn)差 方差用來表示信號相對于平均值的變化情況 方差的開方稱為標(biāo)準(zhǔn)差s 第14頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四6、 峭度指標(biāo)7、無量綱指標(biāo) 脈沖指標(biāo)二、相關(guān)分析 相關(guān)分析又稱時延域分析，用來描述信號在不同時刻的相互依賴關(guān)系，是提取信號中周期成分的常用手段。 第15頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四1、自相關(guān)分析 （1）、自相關(guān)函數(shù) ：同一信號不同時刻的相互依賴關(guān)系； 自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)： 1） 為實偶函數(shù)； 2） 時 最大； 3） 的取值范圍： 4）自相關(guān)函數(shù)不

6、改變信號的周期性。第16頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四（2）互相關(guān)函數(shù)相關(guān)分析工程應(yīng)用1、相關(guān)直線定位 泄漏源信號的相關(guān)性。2、相關(guān)平面定位 時差雙曲線定位第17頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第三節(jié) 頻域分析方法一、幅值譜分析 時域信號 信號的幅值譜二、功率譜分析 維納-辛欽定理第18頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第三章 振動診斷的理論基礎(chǔ)第一節(jié) 機械振動的運動學(xué) 輸入 輸出 激勵 響應(yīng)按系統(tǒng)輸入分類：（1）、自由振動（2）、強迫振動故障源的激勵輸入機械系統(tǒng)本身系統(tǒng)可測量的信號輸出系統(tǒng)第19頁，共48頁，2022年，5

7、月20日，3點7分，星期四 第二節(jié) 機械振動系統(tǒng)的建模基礎(chǔ) 振動系統(tǒng)力學(xué)模型三要素1、彈簧: F=KX F彈性恢復(fù)力 X變形量2、質(zhì)量: F=ma或M=J m剛體質(zhì)量 a剛體的轉(zhuǎn)動慣量3、阻尼 粘性阻尼：粘性阻尼力與速度成正比，方向與速度相反。第20頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 F=CV F阻尼力 V速度 C粘性阻尼系數(shù)第三節(jié) 單自由度系統(tǒng)的自由振動一、單自由度系統(tǒng)的無阻尼自由振動第21頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四二、單自由度單位的有阻尼自由振動第22頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第四節(jié) 單自由度系統(tǒng)的強迫振動一、系

8、統(tǒng)在間諧激振力作用下的強迫振動 運動微分方程： 其中簡諧激振力 令 則：第23頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四微分方程的解為：在弱阻尼情況下.通解所以： 是一個瞬態(tài)解設(shè)特解:代入得： 第24頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四所以：靜變位：頻率比： 阻尼比：第25頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四所以特解：振動特性討論：（1）、振動頻率（2）、影響強迫振動振幅的因素： 激振力幅值 頻率比 定義放大因子 第26頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四a、 激振力變化緩慢b、 激振力頻率很高c、 共振d、 保證系統(tǒng)振動的振幅

9、小于靜變位（3）、阻尼的影響在共振區(qū) ： 阻尼起作用在非共振區(qū) ：阻尼作用不大第27頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第四章 機械故障的振動診斷技術(shù) 第一節(jié) 測振傳感器一、壓電力的速度傳感器1、工作原理2、選用原則 a、測量范圍 b、頻響范圍 c、靈敏度 d、 精度 f、穩(wěn)定性第28頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四第二節(jié) 信號記錄與處理設(shè)備一、磁帶機二、數(shù)據(jù)采集器 1、數(shù)據(jù)采集器的基本原理 2、采集定理 采樣時間間隔 信號頻率分辨率 N 采樣點數(shù) 采樣頻率 混迭：采樣不當(dāng)引起信號的無法區(qū)分 。第29頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期

10、四采樣定理（shannon定理）： 假設(shè)信號中的最高頻率成分為 ，當(dāng)采樣頻率 時，采樣信號能夠很好的恢復(fù)到原信號而不至發(fā)生混迭現(xiàn)象。 采樣長度、頻率分析率、采樣頻率的關(guān)系： 第30頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 第三節(jié) 振動診斷的基礎(chǔ)工作 一、確定診斷對象 重點設(shè)備 典型設(shè)備 二、選定測量參數(shù) 位移 速度 加速度 三、選定監(jiān)測點 敏感點 關(guān)鍵點 易損點第31頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 四、確定測量周期 定期檢測 隨機點檢 長期監(jiān)測 專項檢測 伍、確定判斷標(biāo)準(zhǔn) 1、絕對判斷標(biāo)準(zhǔn) ISO 2372 ISO 3495 VDI 2056 BS 467

11、5 GB 6075-85 ISO 10816第32頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四2、相對判斷標(biāo)準(zhǔn) 縱向比較（隨時間的變化） 橫向比較（同類設(shè)備） 第四節(jié) 典型零部件故障的振動診斷轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)與轉(zhuǎn)頻（次/秒） 旋轉(zhuǎn)零部件故障與轉(zhuǎn)頻及其諧波的關(guān)系是主要的故障分析診斷特征。一、轉(zhuǎn)軸組件的故障特征不平衡 不平衡：旋轉(zhuǎn)體軸心周圍的質(zhì)量分布不均、使之在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力而引起震動的現(xiàn)象。第33頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四不平衡的故障特征：振動方向：以徑向為主；振動頻率：以旋轉(zhuǎn)頻率 為主要頻率成分。相位：與旋轉(zhuǎn)標(biāo)記經(jīng)常保持一定的角度（同 步）。振幅：隨著

12、轉(zhuǎn)速的升高，振幅增長的很快； 轉(zhuǎn)速降低時，振幅可趨近于零（共振 范圍除外）。2、不同軸（不對中）不同軸：連軸節(jié)連接起來的兩根軸的中心線 不重合的現(xiàn)象。第34頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四不同軸的振動特征：振動方向：易發(fā)生軸向振動，如發(fā)生的軸鄉(xiāng) 振動在徑向振動的50%以上，則 存在不同軸；振動頻率：普通的連軸節(jié)以1 為主，如不同 軸劇烈時，則發(fā)生2 、3 等 諧頻成分。相位：與旋轉(zhuǎn)標(biāo)記經(jīng)常保持一定的角度（同步）振幅：振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不大第35頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四不同軸與不平衡的區(qū)分： 1）、與轉(zhuǎn)速的關(guān)系； 2）、頻率特性3、機械松動機械松

13、動：因緊固不牢引發(fā)的在旋轉(zhuǎn)頻率的 一系列諧頻上出現(xiàn)較大的振幅。 機械松動的振動特征：振動方向：雖無特別容易出現(xiàn)的方向，但垂 直方向的振動出現(xiàn)可能性較大。振動頻率：除基本頻率 外，可發(fā)現(xiàn)高次諧 波（2 、3 ）成分，也會發(fā)生 1/ 、2/ 等。第36頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四相位：與旋轉(zhuǎn)標(biāo)志同步。振幅：如使轉(zhuǎn)速增減，振幅會突然變大或減 小。4、自激振動自激振動：電磁力作用下產(chǎn)生的振動，其基 本頻率就是電源的頻率。自激振動的振動特性：定子系統(tǒng)：1）電源電壓不平衡（包括線圈不 平衡）； 2）磁隙不均； 3）磁力中心不正常第37頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分

14、，星期四轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：1） 二次線圈不平衡 2）軸彎曲二、齒輪的故障診斷1、齒輪的振動機理 齒輪嚙合剛度的周期性變化 齒輪嚙入嚙出的沖擊形成周期性的脈沖激勵 振動頻率與每次嚙合頻率一致 嚙合頻率 -主、從動齒輪的齒數(shù)； -主、從動齒輪的轉(zhuǎn)速。第38頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四其它引起齒輪異常振動的原因有：1）制造、裝配精度2）磨損3）表面疲勞4）塑性變形5）斷裂2、齒輪故障的振動診斷 齒面損傷引起的振動特征： 故障振動表現(xiàn)為一個調(diào)制振動過程，嚙合振動的振幅受轉(zhuǎn)頻的調(diào)制，嚙合頻率為載頻，轉(zhuǎn)頻是它的調(diào)頻，邊頻帶結(jié)構(gòu)是齒輪故障振動的主要特征。第39頁，共48頁，2022年，5月

15、20日，3點7分，星期四邊頻帶頻率成份為 -旋轉(zhuǎn)頻率三、軸承的故障診斷1、滾動軸承的振動機理 滾動軸承各運動副中由于磨損、點蝕、壓痕、裂紋、表面脫落等引起的周期性脈沖激勵。2、滾動軸承故障的振動診斷 在周期性脈沖激勵下滾動軸承形成低頻和高頻振動。第40頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四1） 低頻段振動 直接由缺陷引起的周期性沖擊振動，各元件的故障特征頻率為（外環(huán)靜止、內(nèi)環(huán)振動）：第41頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四滾動體：內(nèi)滾道：外滾道： -滾動體個數(shù) ； -滾動體直徑； -軸承節(jié)徑。2）高頻段振動： -內(nèi)環(huán)的振動頻率。 （1）內(nèi)外環(huán)的固有振動頻率

16、頻率范圍為： 第42頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四 故障振動診斷復(fù)習(xí)提綱一、故障信號檢測1、傳感器 種類：位移、速度、加速度 選型：量程、頻響2、信號適調(diào) 放大：電荷放大、電壓放大 濾波：低通、高通、帶通、帶阻傳感器信號適調(diào)信號采集信號記錄第43頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四3、信號采集： 采樣：采樣定理、采樣長度、頻率分辨率 4、信號記錄 磁帶記錄儀：模擬量儲存（A/D以前） 數(shù)據(jù)記錄儀：數(shù)字量儲存（ A/D以后）第44頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四二、故障信號分析1、時域分析 均值：mean(x) 方差：var(x) 有效值（標(biāo)準(zhǔn)差）：std(x) 峭度：kurtosis (x) 絕對值：abs (x) 最大值：max (x) 最小值：min (x) 求和：sum (x) 累積和：cumsum (x)第45頁，共48頁，2022年，5月20日，3點7分，星期四2、頻域分析 快速傅氏變換：f f t(x) 逆快速傅氏變換：if f t(x) 功率譜密度：psd(x) 倒譜分析：rceps(x)3、延時域分析 自相關(guān)：xcorr(x,x) 互相關(guān)：xcorr(x,y)