機(jī)械故障診斷新

1、機(jī)械故障診斷新第1頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四二、主要技術(shù)手段及各自特點(diǎn)1、振動(dòng)診斷技術(shù) 振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理 2、油液分析技術(shù) 鐵譜、光譜 3、溫度檢測(cè)技術(shù) 紅外技術(shù) 4、無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 第2頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四三、機(jī)械故障診斷的研究理論及發(fā)展發(fā)展概況 發(fā)展趨勢(shì)：機(jī)械性的評(píng)估方法和先進(jìn)服務(wù) 技術(shù)（終身、數(shù)字、智能）； 第3頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四第一章 機(jī)械故障診斷的基本原理 第一節(jié) 機(jī)械故障診斷概論 一、 機(jī)械故障：機(jī)械系統(tǒng)因偏離其設(shè)計(jì)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(lèi)： 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(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四三、機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié)1、確立運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容；2、建立測(cè)試系統(tǒng)；3、測(cè)試、分析及信息提??；4、診斷及預(yù)測(cè)；第5頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(duì)故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物理參量。 F某種故障類(lèi)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(shí)現(xiàn)性； 4、指向性；第6頁(yè)，共48頁(yè)，202

3、2年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四第三節(jié) 機(jī)械故障診斷的一般思維方法模式識(shí)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(chǎng)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(wú)力 F、腳痛 G、失眠 第7頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四第三章 故障診斷的信號(hào)分析與處理技術(shù) 確定性信號(hào)： 周期 非周期 隨機(jī)信號(hào)： 平穩(wěn) 非平穩(wěn)第8頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四第一節(jié) 信號(hào)分析與處理中的常用數(shù)學(xué)變換一、 傅里

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

5、年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四3、均方值：表示信號(hào)的平均能量4、有效值（統(tǒng)計(jì)參量）5、方差和標(biāo)準(zhǔn)差 方差用來(lái)表示信號(hào)相對(duì)于平均值的變化情況 方差的開(kāi)方稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)差s 第14頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四6、 峭度指標(biāo)7、無(wú)量綱指標(biāo) 脈沖指標(biāo)二、相關(guān)分析 相關(guān)分析又稱(chēng)時(shí)延域分析，用來(lái)描述信號(hào)在不同時(shí)刻的相互依賴(lài)關(guān)系，是提取信號(hào)中周期成分的常用手段。 第15頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四1、自相關(guān)分析 （1）、自相關(guān)函數(shù) ：同一信號(hào)不同時(shí)刻的相互依賴(lài)關(guān)系； 自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)： 1） 為實(shí)偶函數(shù)； 2） 時(shí) 最大； 3） 的取值范圍： 4）自相關(guān)函數(shù)不

6、改變信號(hào)的周期性。第16頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(xiàn)定位 泄漏源信號(hào)的相關(guān)性。2、相關(guān)平面定位 時(shí)差雙曲線(xiàn)定位第17頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四 第三節(jié) 頻域分析方法一、幅值譜分析 時(shí)域信號(hào) 信號(hào)的幅值譜二、功率譜分析 維納-辛欽定理第18頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四 第三章 振動(dòng)診斷的理論基礎(chǔ)第一節(jié) 機(jī)械振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 輸入 輸出 激勵(lì) 響應(yīng)按系統(tǒng)輸入分類(lèi)：（1）、自由振動(dòng)（2）、強(qiáng)迫振動(dòng)故障源的激勵(lì)輸入機(jī)械系統(tǒng)本身系統(tǒng)可測(cè)量的信號(hào)輸出系統(tǒng)第19頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5

7、月20日，3點(diǎn)7分，星期四 第二節(jié) 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的建?；A(chǔ) 振動(dòng)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(dòng)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(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(dòng)一、單自由度系統(tǒng)的無(wú)阻尼自由振動(dòng)第21頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四二、單自由度單位的有阻尼自由振動(dòng)第22頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四 第四節(jié) 單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)一、系

8、統(tǒng)在間諧激振力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng) 運(yùn)動(dòng)微分方程： 其中簡(jiǎn)諧激振力 令 則：第23頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(gè)瞬態(tài)解設(shè)特解:代入得： 第24頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四所以：靜變位：頻率比： 阻尼比：第25頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四所以特解：振動(dòng)特性討論：（1）、振動(dòng)頻率（2）、影響強(qiáng)迫振動(dòng)振幅的因素： 激振力幅值 頻率比 定義放大因子 第26頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(dòng)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(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四 第四章 機(jī)械故障的振動(dòng)診斷技術(shù) 第一節(jié) 測(cè)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(cè)量范圍 b、頻響范圍 c、靈敏度 d、 精度 f、穩(wěn)定性第28頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四第二節(jié) 信號(hào)記錄與處理設(shè)備一、磁帶機(jī)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(shí)間間隔 信號(hào)頻率分辨率 N 采樣點(diǎn)數(shù) 采樣頻率 混迭：采樣不當(dāng)引起信號(hào)的無(wú)法區(qū)分 。第29頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期

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

11、5 GB 6075-85 ISO 10816第32頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四2、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) 縱向比較（隨時(shí)間的變化） 橫向比較（同類(lèi)設(shè)備） 第四節(jié) 典型零部件故障的振動(dòng)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?chē)馁|(zhì)量分布不均、使之在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力而引起震動(dòng)的現(xiàn)象。第33頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四不平衡的故障特征：振動(dòng)方向：以徑向?yàn)橹?；振?dòng)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(zhǎng)的很快； 轉(zhuǎn)速降低時(shí)，振幅可趨近于零（共振 范圍除外）。2、不同軸（不對(duì)中）不同軸：連軸節(jié)連接起來(lái)的兩根軸的中心線(xiàn) 不重合的現(xiàn)象。第34頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四不同軸的振動(dòng)特征：振動(dòng)方向：易發(fā)生軸向振動(dòng)，如發(fā)生的軸鄉(xiāng) 振動(dòng)在徑向振動(dòng)的50%以上，則 存在不同軸；振動(dòng)頻率：普通的連軸節(jié)以1 為主，如不同 軸劇烈時(shí)，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(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(jī)械松動(dòng)機(jī)械松

13、動(dòng)：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(jī)械松動(dòng)的振動(dòng)特征：振動(dòng)方向：雖無(wú)特別容易出現(xiàn)的方向，但垂 直方向的振動(dòng)出現(xiàn)可能性較大。振動(dòng)頻率：除基本頻率 外，可發(fā)現(xiàn)高次諧 波（2 、3 ）成分，也會(huì)發(fā)生 1/ 、2/ 等。第36頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(huì)突然變大或減 小。4、自激振動(dòng)自激振動(dòng)：電磁力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，其基 本頻率就是電源的頻率。自激振動(dòng)的振動(dòng)特性：定子系統(tǒng)：1）電源電壓不平衡（包括線(xiàn)圈不 平衡）； 2）磁隙不均； 3）磁力中心不正常第37頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分

14、，星期四轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：1） 二次線(xiàn)圈不平衡 2）軸彎曲二、齒輪的故障診斷1、齒輪的振動(dòng)機(jī)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(lì) 振動(dòng)頻率與每次嚙合頻率一致 嚙合頻率 -主、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)； -主、從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速。第38頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四其它引起齒輪異常振動(dòng)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(dòng)診斷 齒面損傷引起的振動(dòng)特征： 故障振動(dòng)表現(xiàn)為一個(gè)調(diào)制振動(dòng)過(guò)程，嚙合振動(dòng)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(dòng)的主要特征。第39頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月

15、20日，3點(diǎn)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(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理 滾動(dòng)軸承各運(yùn)動(dòng)副中由于磨損、點(diǎn)蝕、壓痕、裂紋、表面脫落等引起的周期性脈沖激勵(lì)。2、滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷 在周期性脈沖激勵(lì)下滾動(dòng)軸承形成低頻和高頻振動(dòng)。第40頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四1） 低頻段振動(dòng) 直接由缺陷引起的周期性沖擊振動(dòng)，各元件的故障特征頻率為（外環(huán)靜止、內(nèi)環(huán)振動(dòng)）：第41頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四滾動(dòng)體：內(nèi)滾道：外滾道： -滾動(dòng)體個(gè)數(shù) ； -滾動(dòng)體直徑； -軸承節(jié)徑。2）高頻段振動(dòng)： -內(nèi)環(huán)的振動(dòng)頻率。 （1）內(nèi)外環(huán)的固有振動(dòng)頻率

16、頻率范圍為： 第42頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四 故障振動(dòng)診斷復(fù)習(xí)提綱一、故障信號(hào)檢測(cè)1、傳感器 種類(lèi)：位移、速度、加速度 選型：量程、頻響2、信號(hào)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(hào)適調(diào)信號(hào)采集信號(hào)記錄第43頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四3、信號(hào)采集： 采樣：采樣定理、采樣長(zhǎng)度、頻率分辨率 4、信號(hào)記錄 磁帶記錄儀：模擬量?jī)?chǔ)存（A/D以前） 數(shù)據(jù)記錄儀：數(shù)字量?jī)?chǔ)存（ A/D以后）第44頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)7分，星期四二、故障信號(hào)分析1、時(shí)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(duì)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(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)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(shí)域分析 自相關(guān)：xcorr(x,x) 互相關(guān)：xcorr(x,y)