机械故障诊断技术思考题

机械故障诊断学内容及习题与思考题

第1部分 绪论

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

习题与思考题

1-1 机械设备监测与故障诊断主要内容是什么？ 1-2 机械设备状态监与故障的常用识别方法有哪些？ 1-3 简述获取诊断信息的方法。

1-4 设备状态识别方法有哪些不确定性？确定性？会产生哪几类错误？

第2部分 机械故障诊断的信号分析与处理

2.1 机械物理信号分析的基础知识 2.2 检测信号的时域分析方法 2.3 检测信号的频域分析方法 2.4 倒频谱分析方法 2.5 小波分析

习题与思考题

2-1 新、旧机器的振动噪声信号的概率分布密度函数有什么区别？自相关函数有什么不同？ 2-2 机械故障诊断常用的幅值指标有哪些？无量纲指标有哪些？对无量纲指标有什么要求？

2-3 什么是自相关函数？自相关函数有什么性质？在机械设备状态监测中有什么用途？ 2-4 什么是互相关函数？互相关函数有什么性质？在机械设备状态监测中有什么用途？ 2-5 设一信号x(t)，它是由两个频率、相角均不相等的余弦函数叠加而成，其教学表达式为

)cos()cos()(222111?ω?ω+++=t A t A t x 求该信号的自相关函数。

2-6 一管道发生泄漏，现分别在相距1500mA ，B 两处用传感器测量，测得信号经互相关处理的相关函数峰值在τ=1.25s ，已知管道中场速为300m/s ，求泄漏处的位置。

2-7 已知信号的自相关函数)cos()(ωττA R x =，求出该信号的均方值2

x ?和均方根值x ?。

2-8 已知一个随机信号x(t)的自功率谱密度函数为S x (f)，将x(t)输入到传递函数为的系统中，其传递函数)

1(1

)(+=s s H τ，试求该系统的输出信号y(t)的自功率谱密度函数为S y (f)，及

输入、输出两函数的互功率谱密度函数S xy (f)。

2-9 对三个余弦函数t t x t t x t t x πππ20cos )(,12cos )(,4cos )(321===进行理想采样，采样频率f s =6Hz 。求三个采样输出序列，比较这三个结果，画出x 1(t)，x 2(t)，x 3(t)，的波形及采样点位置，并解释频率混叠现象。

2-10 已知一有限长序列?

??

??

?=≤≤=9,8,7,1,00621)(n n n x

1) 用直接DFT 方法求DFT[x(n)]=X(k)，再由所得结果求IDFT[X(k)]=x(n)； 2) 用FFT 方法求X(k)，再以所得结果求IDFT[X(k)]=x(n)。

2-11 分析说明小波变换的基本原理，比较其与傅里叶变换的相同点与不同之处。 2-12 定性说明如何进行时域同步平均？

2-13 试对比时域同步平均与功率谱分析的异同、时域同步平均与自相关函数在提取周期分量时的原理和结果。

第3部分 机械故障诊断时序模型分析方法

3.1 时间序列模型结构特征

3.2 自回归模型的参数、阶次的确定 3.3 自加归谱的概念应用

3.4 设备状态变化趋势性及预测

习题与思考题

3-1

假定模型识别为AR （1），试求y k 的模型方程和2a σ的值。

3-2

假定模型识别为AR （2），试求y k 的模型方程和2a σ的值。

3-3 自回归过程x k =0.8x k-1+a k a k ～NID(2,4)，求：1）x k 的均值；2）x k 的方差；3)τ=3时的自相关系数ρ3；4）功率谱密度函数Sx(f)。 3-4 时域故障识别如何用AIC 指标进行？ 3-5 自回归谱用于机械故障诊断什么优点？

3-6 试设计应用自回归谱分析电动机产生噪声原因的检测、分析系统。

3-7 根据AR 模型参数i ?(I=1,2,…,m)进行故障诊断应如何实施？其特点是什么？

3-8 如何根据模型残差方差2

a σ进行故障诊断？

3-9 平稳序列{y k }的线性模型为y k =0.05-0.8y k-1+a k ，而2a σ=1.2。已知观测值y 100=3.2，试用

递推法求预报值y 100(1)，y 100(2)，y 100(3)，并求置信概率为95％的一小预报绝对误差的范围（假定正态平稳序列）

3-10 平稳序列{y k }的线性模型为y k =-0.34+ a k +0.62a k-1，而2

a σ=0.96。已知观测值y 1，y 2，…

y 50，算得a 50=1.26，试用递推法求预报值y 50(1)，y 50(2)，y 50(3)。

第4部分 状态识别与判决方法原理

4.1 概述

4.2 主分量分析

4.3 贝叶斯决策理论方法 4.4 距离函数分类法

4.5 故障诊断模糊模式识别方法

4.6 神经网络及其在故障诊断中的应用

习题与思考题

4-1 如果只知道各种故障类的先验概率，最小错误率贝叶斯决策规则应如何表示？ 4-2 1）对c 类情况推广最小错误率贝叶斯决策规则； 2）指出此时使错误率最小等价于后验概率最大，即)(

)(X

P X

P j

i

ωω>对一切j ≠I 成

立。

4-3 对两类问题，证明最小风险贝叶斯决策规则可表示为 若

)())

()()()()(1112122212

21ωλλωλλωωp p X P X P --<>或则???∈2

1ωωX 4-4 谎报与漏检有什么不同？在设备状态监测中哪一种失误应控制得多一些？ 4-5 主分量分析的原理是什么？步骤有哪些？ 4-6 若有下列两类样本集：

τ)0,0,0(11=X τ)1,0,0(1

1=X τ)0,0,1(11=X τ)0,1,0(1

1=X τ)1,0,1(11=X τ)1,1,0(11=X τ)0,1,1(11=X τ)1,1,1(11=X

用主分量分析分别把特征空间维数将到d=2和d=1，并用图画出样本在特征空间中的位置。

4-7 设备状态识别中，常用的空间距离函数有哪些？其特点如何？ 4-8 设备状态识别中，常用的信息距离函数有哪些？其特点如何？ 4-9 应用距离函数对机械设备状态进行分类识别时应注意哪些问题？ 4-10 设论域Ω={a,b,c,d,e,f}上5类模式

f e d c b a A 1

.05.002.03.08.01+++++=

f e d c b a A 9.03.003.017.02+++++=

f

e d c b a A 1.05.04.08.012.03+++++=

f e d c b a A 0

7.02.04.008.04+++++=

f

e d c b a A 4

.006.06.03.05.05+

++++=

今有样本

f

e d c b a B 8

.02.01.06.04.07.0+

++++=

问应将B 划归哪一类。 4-11 试举出利用最大隶属原则和择近原则进行故障模糊识别的例子。

4-12 对某产品质量作综合评判，考虑从4种因素来评价产品，X={x 1，x 2，x 3，x 4}将产品质量分为4等U={u 1，u 2，u 3，u 4}，设单因素决断为模糊映射)(~

~U F X f →：

)0,1.0,6.0,3.0()(~1=x f ；)3.0,5.0,2.0,0()(~

2=x f

)1.0,1.0,3.0,5.0()(~3=x f ；)4.0,2.0,3.0,1.0()(~

4=x f

设有两种因素全重分配

A 1=（0.5,0.2,0.2,0.1）；A 2=（0.2,0.4,0.1,0.3）

试评价此产品按两种全重分配情况下，分别相对地属于哪级产品。

4-13 试举一模糊综合评判的实际机械故障诊断例子（由建立评判空间到综合评判结束）。 4-14 多层感知器网络中只有一层连接权可调节，那么，采用多层感知器的原因何在？ 4-15 试述BP 网络学习过程中，输出误差后向传播及权值调节的原理。 4-16 神经网络是如何用于机械故障诊断？试从本章应用举例中给以总结。

第5部分 旋转机械的振动监测与故障诊断

5.1 概述

5.2 旋转机械振动监测参数与分析 5.3 旋转机械典型故障的机理和特征 5.4 旋转机械振动故障诊断示例

习题与思考题

5-1 旋转机械振动评定方法及其表述

5-2 拍的形成、振动信号单边削平在频率结构上有什么规律和特点？ 5-3 进行暂态频域分析的手段有哪些？从暂态分析中可以得到什么信息？ 5-4 转子振动监测方法有哪些？各有何特点？ 5-5 转子的主要故障有哪些？各有何特点？

5-6 产生转子不平衡的原因是什么？转子不平衡产生的振动有什么特点？ 5-7 转子不对中的类型有哪此？引起转子不对中的原因是什么？ 5-8 油膜振荡产生的原因是什么？其表现特征如何？

5-9 若一转子的旋转转速从零升至17000r/min ，其一阶临界转速为8000r/min ，试问半速涡动频率等于多少？发生油膜振荡时的频率又是多少？ 5-10 什么是旋转失速？什么是喘振？两者有何异同？

第6部分往复机械的监测与诊断

6.1 往复机械的动力性能监测

6.2 往复机械故障诊断油样分析法

6.3 瞬时转速检测法

6.4 往复机械故障的振动诊断法

6.5 柴油机供油系统故障诊断压力波形分析法

习题与思考题

6-1 对往复机械进行性能检测的目的是什么？

6-2 油样光谱分析方法的原理是什么？

6-3 试述原子发射光谱仪的组成及其工作原理。

6-4 在机械故障诊断中，光谱分析提供哪些信息？

6-5 常用油样铁谱分析仪器有哪些？其原理如何？

6-6 油样铁谱分析的诊断指标有哪些？各自的含义是什么？

6-7 如何应用油样分析方法进行故障诊断？

6-8 往复机械振动特征与旋转机械有何不同？原因所在？

6-9 用振动信号作为监测参数对往复机械进行故障诊断方法有哪些？如何应用？

6-10 往复机械与旋转机械相比，故障诊断的难点何在？

第7部分典型传动部件的故障及其诊断方法

7.1 滚动轴承异常的基本形式

7.2 滚动轴承振动类型及其故障特征

7.3 滚动轴承故障诊断方法

7.4 齿轮异常的基本形式及振动特点

7.5 齿轮故障诊断方法

习题与思考题

7-1 滚动轴承常发生那些异常现象？引起各种异常原因是什么？

7-2 推导滚动轴承缺陷特征频率的计算公式。

7-3 简述滚动轴承内环、外环及滚动体有损伤时，引起振动的时频域特点。

7-4 损伤轴承与正常轴承幅值域中的概率密度相比有什么不同？

7-5 在滚动轴承振动故障诊断方法中，有效值判断法、峰值指标法各适于检测什么性质的故障？轴承生损伤时，峰值指标如何变化？

7-6 冲击脉冲法进行轴承振动故障诊断时，使用哪些指标对轴承正常异常情况进行判断？7-7 试说明滚动轴承的包络分析诊断法的优点。

7-8 阐述用光纤监测法和接触电阻法进行滚动轴承故障诊断诊断原理及说明各自的优点。7-9 齿轮异常基本形式有哪几种？

7-10 试分析齿轮运行中可能产生的振动形式及其频率特点。

7-11 在齿轮箱的振动频谱图中，如何识别调制现象？

7-12 为什么说倒频谱分析对于齿轮故障诊断一种有效的方法？

7-13 如何确定齿轮上损伤轮齿的位置？

7-14 齿轮的轮齿均匀磨损、个别齿严重磨损时，其频域特性有什么不同？

7-15 齿轮振动信号的幅值调制和频率调制是怎样产生的？它们有什么共同点？

第8部分机械制造过程工况监测与故障诊断

8.1 概述

8.2 切削过程刀具磨损与破损的监测与诊断

8-3 金属切削频振的在线监测

8-4 切削状态的在线识别

8-5 磨削过程表面烧伤的识别

8-6 FMS和CIMS的监测与诊断系统概述

习题与思考题

8-1 试分析切削过程中刀具磨损过程的特征频率随刀具磨损量变化的变化规律

8-2 刀具磨损过程时序模型的模型参数和残差方差是如何变化的？

8-3 金属切削颤振的振动信号随着颤振的发生与发展其特征量的变化有什么特点？如何进行切削颤振的在线控制？

8-4 分析切削折断频率与功率谱特征频率的关系以及其在加工系统频域中的位置。

8-5磨削过程中磨削热辐射流温度的分布特征是什么？

8-6 如何用磨削火花温度自相关系数判断磨削砂轮的状态？磨削砂轮的状态会对磨削火花温度频域特性产生什么影响？

8-7 论述多功能、柔性监测诊断系统研究的意义。

第9部分无损检测技术

9.1 光学检测

9.2 渗透与磁粉检测

9.3 涡流检测

9.4 射线检测

9.5 超声波检测

9.6 声发射检测

习题与思考题

9-1 无损检测常用哪些方法？试比较各检测方法的优缺点。

9-2 渗透检测包括哪几个过程？该检测方法的特点是什么？

9-3 试叙述磁粉检测基本原理，磁粉法和检测线圈法有什么相同和不同之处？磁化试件时应考虑什么因素？

9-4 涡流检测的基本原理是什么？该方法依据检测线圈何种物理量的变化进行检测分析的？

9-5 差动涡流检测法与绝对涡流检测法相比有什么优点？

9-6 在工业生产中，采用射线检测法检测时，为什么常用X射线检测r射线检测？

9-7 r射线检测与X射线检测相比，有何特点？

9-8 实际用于超声波检测的直播波频率在什么范围内？为什么？超声波检测目前最常用的是何种方法？该方法是如何进行检测的？

9-9 超声波检测仪有哪几种显示缺陷的方式？

9-10 声发射检测与多数无损检测什么区别？是否可在有背景噪声下进行声发射检测？

9-11 声发射检测采用哪些表征参数？

9-12 说明声发射检测归一化正方阵定位法。