机械故障诊断技术11_其他故障诊断技术
故障诊断技术综述
故障诊断技术综述一引言故障诊断技术是一门紧密结合生产实际的工程科学，是现代化生产发展的产物。
随着现代科学技术在设备上的应用，设备的结构越来越复杂，功能也越来越完善,自动化程度越来越高,由于许多无法避免的因素影响,会导致设备出现各种故障，从而降低或失去预定的功能，甚至会造成严重的乃至灾难性的事故.不言而喻，机械故障诊断技术在工业生产中起着越来越重要的作用,生产实践证明，研究故障诊断技术具有重要的现实意义。
二故障诊断技术的定义故障诊断技术就是在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，判断劣化状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。
其目的是提高设备效率和运行可靠性,防患于未然，避免故障的发生。
三故障诊断技术的构成环节从故障诊断的流程看，通常诊断系统由信号采集、信号处理、状态识别和诊断决策四大部分构成。
其中,信号采集是基础,信号分析和处理是关键，状态识别（包括判断和预报）是核心,决策与管理是最终目标。
前３个环节是基本环节。
1．信号采集信息采集的基本任务是获取有用的信息。
这是故障诊断的基础和前提，监测获取到的有用信息越多，监测数据越真实,越容易判断出故障原因。
在运行过程中，必然会有力、热、振动及能量等各种量的变化，由此会产生各种不同的信息，根据不同的诊断需要,选择能表征设备工作状态的不同信息，如振动、压力及温度等,是十分必要的．这些信号一般是用不同的传感器来拾取的。
只有采集到反映设备实际状态的信号，诊断的后续工作才有意义,因而信号采集是故障诊断技术中不可缺少的重要环节。
(1)常用的设备状态监测技术分类1)振动信号监测技术对设备的振动信号测试和分析，能获得机体、转子或其他零部件的振动幅值、频率和相位3个基本要素,经过对信号的分析、处理与识别,可了解到设备的振动特点、结构强弱、振动来源、故障部位和故障原因,为诊断决策提供依据.故利用振动信号诊断故障的技术较为普遍.2）声信号监测诊断技术声信号监测诊断技术包括:噪声诊断、超声波诊断和声发射诊断技术.其中噪声的分析与诊断通常有两个目的:一是寻找机器发出噪声的主要声源，以便采取相应措施降低噪声;二是利用噪声信号判别故障。
设备故障诊断技术介绍
设备故障诊断技术介绍
设备故障诊断技术是一种应用于工业生产中的重要技术，它可以帮助企业提高生产效率，降低故障率，减少维修成本。
下面我们将介绍几种常见的设备故障诊断技术。
首先是传感器技术，传感器是设备故障诊断的核心部件。
通过安装各种传感器来监测设备运行状态，并将监测到的数据传输给计算机系统进行分析，可以实时监测设备是否出现异常，并及时发出报警。
传感器技术可以有效提高设备的安全性和稳定性。
其次是故障诊断软件技术，利用各种故障诊断软件可以对设备进行实时监测和分析，识别设备的故障类型和原因，并提出相应的解决方案。
这可以帮助企业及时发现设备故障，减少生产中断时间，提高生产效率。
此外，还有振动分析技术，通过安装振动传感器，监测设备的振动情况，可以判断设备是否出现故障。
振动分析技术可以帮助企业实现对设备运行状态的实时监测，大大减少了设备故障的发生。
总之，设备故障诊断技术在工业生产中起着非常重要的作用，它可以帮助企业提高生产效率，降低故障率，减少维修成本，是企业提高竞争力的重要手段之一。
随着科技的不断发展，设备故障诊断技术也会不断完善，为工业生产带来更多的便利和效益。
机械设备故障诊断技术
机械设备故障诊断技术简介授课老师：许金梧机械自动化087班于川40840412随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日趋大型化、集成化、高速化、自动化和智能化，设备在生产中的地位越来越重要，对设备的管理也提出了更高的要求，能否保证一些关键设备的正常运行直接关系到一个行业发展的各个层面。
现代化工业生产一旦因故障停机损失将是十分巨大。
因此，设备诊断这一技术，日益引起人们的重视，并在理论和实践应用方面得到了迅猛发展。
机械故障诊断是一种了解和掌握机器在运行过程的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。
油液监测、振动监测、噪声监测、性能趋势分析和无损探伤等为其主要的诊断技术方式。
故障诊断的实质就是状态的识别，诊断过程主要有三个步骤：第一步是检测设备状态的特征信号，如振动、噪声、温度等；第二步就是从所检测到的特征信号中提取征兆；第三步是故障的模式识别。
机械设备故障诊断技术的发展可以分为以下几个阶段：（1）基于故障事件的故障诊断阶段。
当出现故障后才检查故障原因和发生部位，故障诊断的手段是通过对设备的解体分析并借助以往的经验以及一些简单的仪器。
（2）基于故障预防的故障诊断阶段。
该阶段故障诊断的目的在于为合理的维修周期的制定提供依据，并在定期维修前检查突发性故障，保证在故障出现之前就能排除故障。
这一阶段的诊断手段主要是一些简单的状态检测仪，多设有一定运行参数的报警值，能够对突发故障进行预测。
（3）基于故障预测的故障诊断阶段。
该阶段故障诊断是以信号采集与处理为中心，多层次、多角度地利用各种信息对设备的状态进行评估，针对不同的设备采取不同的措施。
属于正常运行状态的设备，可依据原先的检测计划进行检测；属于故障进行性发展的设备，重点检测；而个别故障较严重发展的设备，应及时停机进行故障诊断。
故障诊断的基本工艺流程它包括诊断文档建立和诊断实施两大部分。
诊断实施过程是故障诊断的中心工作，它可以细分为4个基本步骤：（1）信号检测。
机械故障诊断技术
第1章 思考题
1-1 故障诊断的基础是建立在___________原理上的。 1-2 机械故障诊断的基本方法可按不同观点来分类的， 目前流行的分类方法有两种：一种按机械故障诊断方法的 难易程度分类，可分为___________和______________法 师 二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为 ________、________、________、___________、 ____________。 1-3 设备运行过程中的浴盆曲线是指什么？ 1-4 机械故障诊断包括哪几个方面的内容？ 1-5 劣化曲线沿纵轴分成的三个区间分别是什么？代表 什么意义？
故障诊断的基础是建立在能量耗散原理上的 。所有设备的作用都是能量转换与传递，设备状 态愈好，转换与传递过程中的附加能量损耗愈小 。例如机械设备，其传递的能量是以力、速度两 个主要物理参数来表征，附加能量损耗主要通过 温度及振动参数表现。随着设备劣化程度加大， 附加能量损耗也增大。因此，监测附加能量损耗 的变化，可以了解设备劣化程度。
1.3 故障诊断的基本方法
• 按机械故障诊断方法的难易程度分类：可分为1) 简易诊断法和2)精密诊断法。
• 按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为3) 直接观察法、4)振动噪声测定法、5)无损检测法 、6)磨损物测定法、7)机器性能参数测定法。
1.简易诊断法
简易诊断法指主要采用便携式的简易诊断仪 器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外点温 仪对设备进行人工巡回监测，根据设定的标准或 人的经验分析，了解设备是否处于正常状态。若 发现异常，通过对监测数据分析进一步了解其发 展的趋势。因此，简易诊断法主要解决的是状态 监测和一般的趋势预报问题。
4.振动噪声测定法
机械设备在运动状态下(包括正常和异常状 态)都会产生振动和噪声。进一步的研究还表明， 振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故 障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系 。大多数机械设备是定速运转设备，各零部件的 运动规律决定了它的振动频率。由于是定速运转 ，其振动频率即为该零件的特征频率，观测特征 频率的振动幅值变化，可以了解该零部件的运动 状态和劣化程度。（振动法，由于不受背景噪声 干扰的影响，使信号处理比较容易，因此应用更 加普遍。）
机械设备状态监测与故障诊断技术
（大、中、小修 ） 不足维修——新故障和潜在的故障因素
路漫漫其悠远
机械设备状态监测与故障诊断技术
第一章 概 述
2.2重要缺陷—传统的检修方式对于故障的寻找往往需要
对设备的大拆大卸才能实现，检修周期长，且检修后，设备
机械设备状态监测与故 障诊断技术
路漫漫其悠远
2020/11/18
机械设备状态监测与故障诊断技术
第一章 概述
近些年来，设备状态监测与故障诊断逐渐进入工程应用 阶段，技术日趋成熟，应用范围日趋广泛，成为现代设备维 护技术的一个重要组成部分。
一、实施设备状态监测与故障诊断的意义
1.机械设备维护的基本任务：对设备进行合理的技术维护、 及时发现异常和故障、适时采取检修措施以最大限度保证其 正常运行。 2.传统的机械设备维护方法——一定意义上的经验维护法 特点：具有相当的局限性，往往依靠人的眼看、耳听、手摸 等感观手段获取某种信息继而凭借过去的经验来加以判断。
路漫漫其悠远
齿轮座受倾翻力矩作用
机械设备状态监测与故障诊断技术
机械振动及设备故障诊断方向
轧机主传动系统故障诊断
a. 咬入
路漫漫其悠远
c.抛出
齿轮座振动纪录曲线机械设备状态监测与故障诊断技术
机械振动及设备故障诊断方向
小波分析在故障诊断中的应用
小波具有时频“聚焦”特性 高斯小波—最大熵谱分析 小波分析—AR谱 实现微弱故障诊断信号分离和提取，发现早期故障 R1减速机高速轴工作侧轴承保持架不平衡产生的故障频率 计算值3.19HZ 故障：该轴承保持架不平衡
§ 有限元计算：两向受力，一向受压，等效应力最大
机械故障诊断技术_其他故障诊断技术
如何从复杂的机械设备运行数据中提取出有用的故障特征，是故障诊断技术的关键。目前，一些先进的信号处理和特 征提取方法已经在故障诊断中得到了应用，但仍需要进一步完善和优化。
故障诊断准确性
提高故障诊断的准确性是故障诊断技术一直追求的目标。然而，由于机械设备种类繁多、故障模式复杂 多变等因素，实现高准确性的故障诊断仍然具有很大的挑战性。
光学与声学故障诊断技术
红外热像检测
利用红外热像仪检测设备 表面的温度分布，诊断设 备的过热、接触不良等故 障。
激光干涉测量
利用激光干涉仪测量设备 的微小位移和形变，诊断 设备的机械故障。
声发射检测
通过声发射传感器检测设 备内部裂纹扩展、应力波 等声发射信号，诊断设备 的疲劳、裂纹等故障。
04
机械故障诊断案例分析
故障预测与健康管理技术研究
故障预测与健康管理（PHM）技术是一种新兴的故障诊断 技术，它通过对机械设备的实时监测和数据分析，实现对 设备故障的早期预警和健康管理。未来，PHM技术将成为 故障诊断领域的重要研究方向之一。
THANKS
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多技术融合
将多种故障诊断技术融合起来，形成优势互补，提高故障诊断的全面性和准确性。例如， 将振动分析、油液分析、红外测温等技术相结合，可以对机械设备进行更全面的状态监测 和故障诊断。
故障诊断技术面临的挑战与问题
数据获取与处理
在进行故障诊断时，需要获取大量的机械设备运行数据。然而，由于数据来源多样、数据质量参差不齐等问题，给数 据获取和处理带来了很大的挑战。
压路机振动轮、行走机构和转向系统等部件的故障。
05
其他故障诊断技术应用实例
电气设备故障诊断实例
电机故障诊断
机械故障诊断技术习题参考答案
1参考答案教材设备故障诊断沈庆根、郑水英化学工业出版社2006.3第1版2010.6.28 于电子科技大学1 第1章概论1.1 机械设备故障诊断包括哪几个方面的内容答机械设备故障诊断所包含的内容可分为三部分。
第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息即信号采集。
采集到的信号还需要用信号分析系统加以处理去除无用信息提取能反映设备状态的有用信息称为特征信息从这些信息中发现设备各主要部位和零部件的性能是处于良好状态还是故障状态这部分内容称为状态监测它包含了信号采集和信号处理。
第二部分是如果发现设备工作状态不正常或存在故障则需要对能够反映故障状态的特征参数和信息进行识别利用专家的知识和经验像医生诊断疾病那样诊断出设备存在的故障类型、故障部分、故障程度和产生故障的原因这部分内容称为故障诊断。
第三部分称为诊断决策根据诊断结论采取控制、治理和预防措施。
在故障的预防措施中还包括对设备或关键零部件的可靠性分析和剩余寿命估计。
有些机械设备由于结构复杂影响因素众多或者对故障形成的机理了解不够也有从治理措施的有效性来证明诊断结论是否正确。
由此可见设备诊断技术所包含的内容比较广泛诸如设备状态参数力、位移、振动、噪声、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力和流量等的监测状态特征参数变化的辨识机器发生振动和机械损伤时的原因分析故障的控制与防治机械零部件的可靠性分析和剩余寿命估计等都属于设备故障诊断的范畴。
1.2 请简述开展机械设备故障诊断的意义。
答1、可以带来很大的经济效益。
①采用故障诊断技术可以减少突发事故的发生从而避免突发事故造成的损失带来可观的经济效益。
②采用故障诊断技术可以减少维修费用降低维修成本。
2、研究故障诊断技术可以带动和促进其他相关学科的发展。
故障诊断涉及多方面的科学知识诊断工作的深入开展必将推动其他边缘学科的相互交叉、渗透和发展。
2 第2章故障诊断的信号处理方法2.1 信号特征的时域提取方法包括哪些答信号特征的时域提取方法包括平均值、均方根值、有效值、峰值、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、偏度指标或歪度指标、偏斜度指标、峭度指标。
《机械设备故障诊断技术》(设备故障诊断)ppt课件
机械设备故障诊断技术
1.1.1 设备故障诊断的含义和特性
2. 设备故障诊断的特性
（1）多样性 化工过程装置 静设备：如换热器、传质容器、反应器、变换器、塔设备等 动设备：如旋转机器和往复机器等 设备结构不同，工艺参数各异，制造安装差异 使用环境不同，产生各种故障
如离心式、轴流式压缩机、烟气轮机：
工艺气体粉料（催化剂），转子不平衡、振动、摩擦、磨损故障
定期维修（计划维修）： 设备运行时间为基础，根据设备磨损和故障规律，事先制定计划 确定修理类别、间隔、内容及要求。分大修和项（目）修 适用掌握故障规律的流程工业生产设备、自动化生产线和连续运行设备 缺点：①检修量大耗时耗费；②要求精密机械，过多拆卸人为故障 ③备品备件种类多，检修费用大
技术发展和设备管理现代化，认识到采用一种预防性维修方式 即设备运行时进行状态监测，掌握技术状况 对将形成或已形成故障分析诊断，判定设备劣化程度和部位 故障前制订预知性维修计划，确定设备修理内容和时间 即为基于状态监测为基础的维修，最经济合理方式，又称预知性维修
课程简介
机械设备故障诊断技术
简要介绍机械设备故障诊断技术的工程理论基础 振动测试技术和现代应用技术 重点介绍流体机械典型故障机理与诊断技术 通过流体机械故障诊断实例 介绍机械设备故障诊断技术的
工业现状和技术进展
课程内容涉及新兴科技学科和现代工业技术 通过学习可以熟悉现代机械设备状态监测与故障诊断技术的 基本原理、实施技术和应用现状 了解现代设备故障诊断技术的发展前景 具备机械设备故障诊断技术的基本技能
1.2 设备故障的类型和状态监测技术
2 故障诊断的信号处理方法 2.1 信号处理基础知识； 2.2 旋转机械常用的振动信号处理图形； 2.3 信号的时频分析
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这种情况下，疲劳断裂的断口有两种：
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图11-5表面光滑的矩形截面断面图。特征如下 ：
1．裂源出现在最大应力处，从存在原始缺
陷处开始。疲劳断裂的裂源只有一处，一旦
11.1.1 断口分析基础知识
对于具有塑性特征的金属材料，断裂是拉伸应力作用的结果，压缩应 力只能造成压溃，断口边缘处的挤出飞边就是其特征，剪切断裂的主要作 用应力仍然是拉伸正应力，如图11-1所示，所以轴类零件的纯扭转断裂是 沿45°线开裂。
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一．拉伸试棒的断口特征
塑性材料（如结构钢类）制造的拉伸试棒的断口如图11-2，断口处明 显表现出缩颈现象，断面呈杯状。
工序采用滚压或喷丸。
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11.1.3 突发断口的特征
突发断口是指快速断裂所产生的断口，根据材料断裂的特征，分为塑 性断裂和脆性断裂两类。
塑性断裂的特征是断口残留着塑性变形的痕迹，塑性材料的突发性断 裂是由突然超载造成的。因为塑性材料制造的机械零件都有一定的安全裕 度，突然超载多数是操作失误造成过大的动载荷，如在起吊满载或近满载 时，快速提升或下降陡停；在转炉旋转时突然打反转，都能产生的强烈的 惯性动载荷。例如：某钢铁公司冷轧厂天车因起吊动作过猛，引起钢卷上 下抖动，导致吊具发生突然断裂；某钢铁厂炼钢转炉因操作工在转动过位 时，突打反转，造成倾动大齿轮发生断齿；都是操作失误造成设备损坏的 例子。
沿晶断裂是化学腐蚀的微观特征，断口表面相对平滑。许多输送化学 物质的管道腐蚀穿孔的主要原因就是沿晶断裂。
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11.1.2 疲劳断口的特征 疲劳断口是在交变应力的作用下产生的。为了研究观察疲劳断口的特
征，构造了如图11-4形式的试验装置。
交变载荷力
承载梁的截面
图11-4 弯曲疲劳断裂试验装置
为纤维状。
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图11-3（b）是沿晶断裂的示意图，沿晶断裂是化学腐蚀的结果。在 晶界处材料内的杂质全猬集于此，其中有化学性质活跃的硫、磷等，再加 上各类元素原子的键合度差异，存在许多薄弱环节，化学腐蚀最容易沿晶 界扩展。不锈钢就是利用了铬、镍原子与铁原子的高键合度，同时也在表 面生成化学性质牢固的强氧化膜阻挡了化学物质的入侵，合金原子的键合 度是改善钢铁材料机械性质的重要因素。在金属表面生成化学性质牢固的 氧化膜也是阻挡腐蚀的一种有效方式，铝合金的阳极氧化工艺就是走的这 样一种路线。
1．裂源，与图11-5相同，疲劳断裂的 裂源只有一处。 2．贝壳纹，因试验梁的表面存在应力 集中，裂纹扩展速度表面快于芯部。 3．终断区。与图11-5相同，也是残余 材料承载面积上的应力达到强度极限时， 发生瞬间断裂。也可以用以判别零件的
裂源
贝壳纹
安全裕度。
疲劳断裂表面的判读：
1．首先观察裂源，若只有一个裂源， 则表明为疲劳断裂。多个裂源则为突发 性断裂。疲劳断裂有一个发展过程，是 可以事先预防的，突发性断裂发展时间
山脊纹
中的表现，应力集中在多数情况是车
刀的刀痕造成。山脊纹是裂纹扩展残
留的痕迹，它是由无数的45°微裂
纹的组合，由于受到另一断面的约束
和挤压，山脊很低，必须仔细观察才
能察觉。纯扭转断裂的终断区位于圆
心，这是纯扭转疲劳断裂的特征。 提高传动轴抗疲劳的措施有：
终断区
提高表面光洁度，最后工序采用磨削； 图11-7 纯扭转断裂的断口 使轴表面存在残余挤压应力，如最后
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钢铁材料的主体是铁碳合金，在从液态凝固成固体时，首先形成晶 核的是纯铁的铁素体，碳及其他合金原子则被排挤分布到晶界处，因而 晶界是扭曲的，是抵抗变形错动的主要部分。这就是为什么细晶粒钢的 强度大于粗晶粒钢的原因，钢铁材料的热处理就是通过获得不同的晶粒 组织来获得所需的机械性能。因而断裂发生前塑性较高的铁素体晶粒被 拉长，断裂后，这些拉长的痕迹被保留下来，在断口处表现为参差不齐 的形态，通常称为纤维状。
σ剪切应力分析
图11-2 塑性材料的拉伸断口
这是因为在断裂前，拉应力首先超过屈服极限，材料内部的晶粒被拉 伸，同时出现流动。而材料表面的晶粒约束小，容易流动补充，所以伸长 多些，而内部的材料晶粒约束较多，流动补充不易，所以在芯棒中心的晶 粒首先发生断裂，断裂部位从中心向外延展。因而在断面处产生杯状断口。
二．穿晶断裂与沿晶断裂
如图11-3（a）所示，穿晶断
裂的裂纹穿过金属材料的晶体，这
是因为裂纹的延展总是沿着最弱方
向，而材料中由铁素体组成的晶粒
处于强度最弱的位置，存在扭曲错 位的晶界则是裂纹延展的阻力，晶 粒愈大，裂纹扩展愈易。
a) 穿晶断裂
(b) 沿晶断裂
图11-3 断裂形态
穿晶断裂是应力断裂的微观特征，晶粒表现为残余的变形，断口表现
裂源
出现就抑制了其它裂源的产生。裂源产生后，
贝壳纹
因为裂纹扩展缓慢，反复的张开闭合使得表
面因挤压而光滑，工业现场因环境的影响，
裂源处还可能出现锈迹。
2．贝壳纹是裂纹扩展残留的痕迹。因试验
梁的外表面光滑而且残留加工的挤压应力，
因此芯部扩展快，边缘扩展慢。贝壳纹是受 载荷不均匀的影响，裂纹扩展快慢变化所留
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第十一章 其它故障诊断技术
11.1 断口分析技术
断口记录了断裂过程的相关信息，是一个重要的物证。机械零部件的 断裂原因分析，涉及许多技术，他们有：材料元素组成方面的光谱分析技 术；金相组织方面的金相分析技术；材料性能方面的强度硬度分析技术； 零件结构方面的断口分析技术。光谱分析、金相分析、强度硬度分析都需 要依赖精密贵重的仪器仪表，断口分析技术靠的是人眼的观察，它是在工 业现场就能初步分析的技术。
终断区
很短，是不可预防的。 2．观察贝壳纹的走向特征，判定表面 图11-6 存在应力集中的矩形断面图 是否存在应力集中。 3．观察终断区，估计零件的安全裕度。
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图11-7 所示为塑性材料传动轴纯扭转断裂的断口。
因为圆轴的外圆始终是最大应
力区，因而可以有多个裂源在圆周上 产生。圆周处的人字纹是存在应力集 人字纹
终断区
的痕迹，而且随着材料承载面积的减小逐步
加大。
3．终断区，当残余材料承载面积上的应力
达到强度极限时，发生瞬间断裂。因此整个 断面面积与终断区面积之比为零件的安全裕 图11-5 表面光滑矩形断面图
度。如图11-5，安全裕度约为2。终断区的
宏观表象是纤维状。
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图11-6是存在应力集中的矩形截面断面图。特征如下：