机械故障诊断
机械故障诊断
机械故障诊断1. 介绍机械故障诊断是指通过对机械设备进行检测和分析，确定故障原因并提供解决方案的过程。
在工业生产中，机械设备的故障会导致生产停滞和产量下降，因此及时准确地诊断和解决机械故障是非常重要的。
2. 机械故障的分类机械故障可以分为以下几类：2.1 机械部件故障机械部件故障是指机械设备的零部件出现故障，例如轴承损坏、齿轮磨损等。
这类故障通常可以通过检查零部件的状态和磨损程度来诊断。
2.2 电气故障电气故障是指机械设备的电路或电气元件出现故障，例如电机故障、电路短路等。
这类故障可以通过检查电气接线、测量电压和电流等方式来诊断。
2.3 液压故障液压故障是指机械设备的液压系统出现故障，例如液压泵故障、液压阀卡死等。
诊断液压故障通常需要对液压系统进行检查和测试。
2.4 传动故障传动故障是指机械设备的传动系统出现故障，例如皮带断裂、链条脱落等。
这类故障可以通过检查传动装置的状态和连接情况来诊断。
2.5 控制故障控制故障是指机械设备的控制系统出现故障，例如PLC故障、控制软件错误等。
诊断控制故障通常需要对控制系统进行检查和分析。
3. 机械故障诊断的方法机械故障诊断可以借助人工经验和现代技术手段来进行。
3.1 经验法经验法是指根据经验来判断机械故障的原因和解决方案。
经验丰富的技术人员可以通过观察和听觉来判断机械故障的类型和程度，从而采取相应的措施来解决。
3.2 检测仪器现代技术手段可以通过各种检测仪器来辅助机械故障的诊断。
例如震动仪可以检测机械设备的振动情况，红外热像仪可以检测机械设备的温度分布等。
这些检测仪器可以提供更精确的数据，从而帮助技术人员确定故障原因。
3.3 数据分析机械故障诊断还可以通过对机械设备的数据进行分析来实现。
例如使用数据采集系统收集机械设备的运行数据，然后通过数据分析软件对数据进行处理和分析，以确定潜在的故障原因。
4. 机械故障诊断的挑战和解决方案机械故障诊断面临许多挑战，例如故障难以发现、故障种类繁多等。
机械故障诊断及典型案例解析
机械故障诊断及典型案例解析一、导言机械故障是指机械设备在使用过程中出现的各种异常情况，影响设备正常运转。
机械故障诊断是通过观察、检测和分析机械设备的工作状态，找出故障原因并采取相应的修复措施。
本文将介绍机械故障诊断的一些基本方法和典型案例。
二、机械故障诊断方法1. 观察法：通过对机械设备的外部观察，发现异常现象，如磨损、变形、脱落等，从而判断故障原因。
2. 检测法：使用各种检测工具和设备，如红外测温仪、振动测试仪等，对机械设备进行各项参数检测，以发现故障。
3. 分析法：通过对机械设备故障的历史数据进行分析，找出故障的规律和原因。
4. 经验法：基于经验和专业知识，通过对机械设备的工作过程进行观察和分析，判断故障原因。
三、典型案例解析1. 轴承故障：机械设备在运行过程中出现明显的噪音和振动，经过观察和检测发现，轴承出现了磨损和松动，需要更换轴承。
2. 电机故障：电机无法启动或启动后运转不正常，经过检测发现电机绕组出现了短路，需要进行绕组修复或更换电机。
3. 传动故障：机械设备传动带断裂或松动，导致传动不稳定或失效，通过观察和分析发现传动带磨损严重，需要更换传动带。
4. 润滑故障：机械设备在运行过程中出现摩擦增大、温升过高等异常现象，经过检测发现润滑系统故障，需要清洗或更换润滑油。
5. 冷却故障：机械设备在运行过程中温度过高，经过检测发现冷却系统故障，需要清洗或更换冷却器。
6. 阀门故障：机械设备在运行过程中无法控制流量或压力，经过观察和分析发现阀门密封不良，需要进行密封件更换或维修。
7. 传感器故障：机械设备无法正常感知工作状态，经过检测发现传感器损坏，需要更换传感器。
8. 压力故障：机械设备在运行过程中出现压力异常，经过检测发现压力表故障，需要更换压力表或进行校准。
9. 过载故障：机械设备在运行过程中出现过载现象，经过观察和分析发现负荷过大，需要优化工艺或增加设备容量。
10. 控制系统故障：机械设备无法正常控制，经过检测发现控制器故障，需要更换控制器或进行维修。
机械故障诊断
1.机械故障诊断：是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态的变化在诊断信息中的反映。
研究内容：对机器运行现状的识别诊断、对其运行过程的监测以及对其运行发展趋势的预测。
2.机械故障诊断的研究是实现维修制度从定期维修到预知维修或视情维修变革的根本保证。
3.技术手段：机械故障的振动诊断技术、油液分析技术、温度监测技术、无损检测技术4.机械故障：是指机械系统因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。
5.机械故障诊断的基本环节：确立运行状态监测的内容、建立测试系统、（测试、分析及信息提取）、（状态监测、判断及预报）6.故障树分析法：是以故障树为基础，分析影响事件发生的底事件种类及其相对影响程度。
7.能否用明确的数字表达式进行描述而将信号分为确定性信号和随机信号（分为[非]平稳随机信号），简谐信号是最简单的周期信号。
8.时域（频域）分析法：对随机信号可从时域和频域两个角度分析。
如果对所测得的时间历程信号直接实现各种运算且运算结果仍然属于时域范畴，则这样的分析运算即为时域分析法；如统计特征参量分析、相关分析等。
反之，如果首先将所测时历信号经过付里叶变换为频域信号，然后再对其施行各种运算的分析方法统称为频域分析。
9.相关分析应用：相关直线定位问题（原理P41）、相关平面定位、传递路径识别10.振动诊断：以系统在某种激励下的振动响应作为诊断信息的来源，通过对所测得的振动参量进行各种分析处理，并以此为基础，借助一定的识别策略，对机械设备的运行状态作出判断，进而对于诊断有故障的机械给出故障部位、故障程度以及故障原因等方面的信息。
11.机械振动的分类：按对系统的输入不同（[自由、强迫、自激]振动）、按系统的输出特性分类（[简谐、非简谐周期、瞬态、准周期、随机]振动）按系统的自由度（[单自由度、多自由度]系统的振动）按描述系统微分方程（[线、非线]性振动）按振动位移的特征分（[扭转、直线]振动）12.建立力学模型的前期准备：连续系统的离散化、非线性系统的线性化13.振动系统力学模型三要素：质量、弹性、阻尼14.振动测试系统框图信号输入测振传感器→信号调理器→信号记录仪→信号分析与处理设备→结果输出15.压电传感器优点：体积小、重量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便。
机械故障诊断技术简介
机械故障诊断技术简介
机械故障诊断技术是指利用先进的计算机技术、传感器技术和诊断算法，对机械设备进行精准的故障诊断。
其特点是以机械故障为核心，融合多种信息技术手段结合高效算法，快速准确地判定机械设备的故障原因。
机械故障诊断技术的应用范围广泛，可以用于汽车、电子设备、机床、船舶、飞机等领域。
机械故障诊断技术主要包括以下几个方面：
1.传感器技术：通过安装各种传感器，采集机械设备的运行数据，如转速、电压、电流、温度、压力等信息。
2.信号处理技术：对传感器采集到的信号进行处理，如滤波、降噪、增益等，以提高信号的质量和准确性。
3.特征提取技术：将信号转化为特征向量，通过数学模型来判定不同特征间的关系，并分析出某些特征与机械故障之间的关联。
4.数据挖掘技术：应用数据挖掘算法，从机械设备的历史数据中找出规律和趋势，以预测机械故障的发生。
5.诊断算法：根据机械设备的特征向量和历史数据，采用不同的诊断算法，如神经网络、支持向量机、朴素贝叶斯等，来实现故障的诊断。
在实际应用时，机械故障诊断技术需要根据具体的应用场景进行调整和优化，以达到更好的诊断效果。
机械故障诊断的方法
机械故障诊断的方法
机械故障诊断的方法可以分为以下几种：
1. 观察法：通过观察机械设备的运转过程中是否存在异常现象来判断故障原因。
例如，机械噪音变大、部件振动、热量异常等。
2. 测试法：通过使用仪器设备对机械设备进行测试，测量关键参数，比如温度、压力、电流、电压等，从而找出故障的原因。
3. 比对法：将已知正常的机械设备与出故障的设备进行比对，找出两者之间的差异并分析可能的故障原因。
4. 故障代码法：一些机械设备会记录故障代码，通过查阅故障代码手册，可以迅速定位到故障原因。
5. 试验法：通过对机械设备进行一系列试验，例如拉力试验、冲击试验、振动试验等，来模拟实际使用过程中可能发生的故障情况。
6. 经验法：依靠工程师或技术人员的丰富经验和专业知识，根据故障的症状和手头的情况进行判断和诊断。
以上方法可以单独或者组合使用，根据具体的机械设备故障情况选择合适的方法
进行诊断。
机械故障诊断概述
投入经费 投资：US$ 20 万元，年监测费：US$ 1.5 万元/年
诊断成本 A＝(20 万/10 年折旧) + 1.5 万/年=US$ 3.5 万元/年
诊断经济效 益系数
C＝B/A = 36
☆目的意义举例：空难
2009年6月1日14时，法航空客A330起飞不久后与地面失去联系。机上228 人全部遇难。
1.2设备故障的信息获取和检测方法
☆故障信息的获取方法
(四)设备性能 指标的测定
设备性能包括整机及零部件性能， 通过测量机器性能及输入、输出量的 变化信息来判断机器的工作状态也是 一种重要方法。
例如，柴油机耗油量与功率的变化， 机床加工零件精度的变化，风机效率 的变化等均包含着故障信息。
对机器零部件性能的测定，主要反 映在强度方面，这对预测机器设备的 可靠性，预报设备破坏性故障具有重 要意义。
按诊断方法的 完善程度分类
简易诊断 利用一般简易测量仪器对设备进行 监测，根据测得的数据，分析设备的工作状态。 如利用测振仪对机组轴承座进行测量，根据测得 的振动值对机组故障进行判别或者应用便携式数 据采集器将振动信号采集下来后再进行频谱分析 用以诊断故障。
精密诊断技术 利用较完善的分析仪器或诊断装 置，对设备故障进行诊断，这种装置配有较完善 的分析、诊断软件。精密诊断技术一般用于大型、 复杂的设备，如电站的大型汽轮发电机组、石油 化工系统的关键压缩机组等。
1.3机械设备故障诊断方法的分类
设备故障诊断技术的分类，有三种分类方法
（一）按照诊断的目的、要求和条件分类 分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续监测、直接诊断和间接诊断、在 线诊断和离线诊断、常规诊断和特殊诊断、简易诊断和精密诊断等等。
机械故障诊断概述
机械故障诊断概述1. 引言机械故障诊断是指通过分析和判断机械设备出现故障的原因和位置，以便进行修复和维护的过程。
随着工业自动化程度的提高，机械设备的复杂性也在增加，因此机械故障的诊断变得越来越重要。
本文将概述机械故障诊断的基本概念和流程，并介绍常用的机械故障诊断方法。
2. 机械故障诊断流程机械故障诊断通常包括以下几个步骤：2.1 数据采集在机械设备出现故障时，需要采集相关的数据，包括振动、温度、噪声等。
这些数据可以通过传感器或监测设备来获取。
2.2 数据预处理获取到的原始数据通常包含噪声和无用信息。
在进行故障诊断之前，需要对数据进行预处理，包括滤波、降噪等操作，以提高后续分析的准确性。
2.3 特征提取特征提取是机械故障诊断的关键步骤之一。
通过对预处理后的数据进行特征提取，可以提取到与故障相关的特征量，例如频率、振幅、峰值等。
2.4 故障诊断模型构建在故障诊断模型构建阶段，可以使用机器学习或统计方法来构建故障诊断模型。
常用的方法包括支持向量机、神经网络、决策树等。
2.5 故障诊断与分析根据构建好的故障诊断模型，对特征提取后的数据进行故障诊断与分析。
通过与已知故障模式进行比对，可以确定机械设备的故障原因和位置。
2.6 故障修复与维护诊断出机械设备的故障原因后，需要进行相应的修复和维护工作。
这包括更换损坏的部件、调整参数、进行润滑等。
3. 常用的机械故障诊断方法3.1 振动分析法振动分析是一种常用的机械故障诊断方法。
通过分析机械设备的振动信号，可以判断出设备是否存在故障，并定位故障的位置。
常用的振动分析方法包括时域分析、频域分析和时频域分析。
3.2 声音分析法声音分析法是通过分析机械设备的声音信号来进行故障诊断的方法。
通过分析声音信号的频谱和时域特征，可以判断机械设备是否存在故障。
3.3 热像分析法热像分析法是一种通过红外热像仪来进行故障诊断的方法。
通过观察机械设备表面的温度分布情况，可以判断设备是否存在异常或故障。
机械设备故障诊断与监测的常用方法
机械设备故障诊断与监测的常用方法机械设备在工业生产中起着非常重要的作用，而设备故障的发生往往会导致生产中断和损失。
为了提高设备的可靠性和稳定性，以及减少故障对生产的影响，机械设备的故障诊断与监测变得尤为重要。
下面我们将介绍一些机械设备故障诊断与监测的常用方法。
一、故障诊断方法1. 经验法经验法是指根据维修人员的经验和对设备的了解，通过观察和检查设备的运行状态，来判断设备可能出现的故障。
这种方法需要维修人员对设备有较深的了解和丰富的实践经验，对于一些常见的故障问题，经验法是一种简便有效的诊断方法。
2. 振动分析法振动分析法是一种通过检测设备的振动信号，来判断设备是否存在故障的方法。
通过振动分析仪器采集到的振动数据，可以分析设备的振动频率、幅值、相位等参数，从而判断设备的运行状态和可能存在的故障。
这种方法对于轴承、齿轮、传动系统等部件的故障具有很好的诊断效果。
3. 热像法热像法是一种通过红外热像仪器，对设备表面温度进行检测和分析，来判断设备是否存在故障的方法。
由于设备在运行过程中存在摩擦、磨损、电气故障等问题，会导致设备局部温度升高，通过热像仪器可以清晰地观察到设备表面的温度分布情况，从而判断设备是否存在故障。
二、故障监测方法1. 油液分析法油液分析法是一种通过对设备润滑油或液压油进行采样和化学分析，来监测设备是否存在故障的方法。
设备在运行过程中，润滑油或液压油中会存在金属颗粒、水分、氧化物等问题，通过对这些物质的分析可以判断设备是否存在磨损、腐蚀、水分混入等问题，从而实现对设备运行状态的监测。
2. 温度监测法温度监测法是一种通过对设备各部件温度进行实时监测，来判断设备是否存在故障的方法。
不同的故障问题会导致设备各部件温度升高或降低，通过实时监测设备的温度变化可以及时发现设备的异常情况，从而减少故障对设备的损坏。
3. 运行参数监测法运行参数监测法是一种通过对设备运行参数进行实时监测，来判断设备是否存在故障的方法。
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工件位置检测方法
02010220 苏冠明工件位置的测定分为接触性和非接触性的测量方法两种。
老师所要求的是非接触式的检测位置。
非接触式传感器电感式传感器中的电涡流式传感器，磁电式传感器中的磁阻式传感器、霍尔式传感器、感应同步器，光电式传感器，特殊传感器中的微波传感器均为非接触式传感器。
各个非接触式传感器具体为
一电涡流式传感器
根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中，在磁场中作切割磁力运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此现象叫电涡流效应。
根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表而温度、速度、应力及材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高和频率响应宽等特点，应用极其广泛。
如图所示为电涡流式转速传感器工作原理图。
在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽，在距输入表面4I处设置电涡流传感器，输入轴与被测旋转轴相连。
当被测旋转轴转动时，输出轴的距离发生(吨tAd)的变化。
由于电涡流效应，这种变化将导致振荡回路的品质因数变化，使传感器线圈电感随AJ的变化也发生变化，它将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。
出此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。
该信号由检波器检出电压幅值的变化量，然后经整形电路输出脉冲频率信号，该信号经电路处理便可得到被测转速。
这种转速传感器可实现非接触式测量，抗污染能力很强，可安装在旋转轴附近长期对被测转速进行监视。
最高测量转速可达600 000r／min。
二霍尔式传感器
霍尔式传感器也是一种磁电式传感器，它是利用霍尔元件基于霍尔效府原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。
由于霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、休积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000：1)以及寿命长等特点，因此获得了广泛应用。
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
公式
跟据公式，霍尔元件可用于三种测量方法，其中非接触式的为： (1)保持霍尔元件感受的磁感强度不变，利用Uh与I成止比的关系，可用于直接测量电流和能转换为电流的物理量，如电压等。
(2)当霍尔元件的控制电流和磁感比强度均发生变化时，利用uH与IB成正比的关系，可构成乘法器和功率计等，进行乘法运算或功率测量。
下面以霍尔单相交流功率计为例进行说明。
通过测量电路测出霍尔元件输出的平均霍尔电压uh，即可求出负载ZL
的有功功率P。
三感应同步器
感应同步器由两个平面印刷电路绕组构成，类似于变压器的初、次级绕组，故又称平面变压器。
感应同步器通过位移引起两个绕组间的互感量变化来进行位移测量。
按照测量位移对象的不同，感应同步器可分为直线型感应同步器和圆盘型感应同步器两大类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。
由于此类传感器成本低，受环境温度影响小，测量精度高，且为非接触式测量，所以在位移检测中得到广泛应用。
直线型感应同步器的结构及定尺和滑尺的绕组示意图如图所示。
它出定尺和滑尺两部分组成，长尺为定尺，短尺为滑尺。
感应同步器的定尺被安装在固定部件亡(如机床的台座)，而滑尺则与运动部件或被定位装置(如机床刀架)一起沿定尺移动。
其制造工艺是先在基板(玻璃或金属)上涂上一层绝缘粘合材料，将铜箔粘牢，用制造印刷线路板的腐蚀方法制成节距为T(一般为2mm)的方齿形线圈。
直线型感应同步器的定尺绕组是连续的。
滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。
当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1／4节距。
滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定向隙(0.05-0.2mm)。
在滑尺的正弦绕组中，施加频率为f(一般为2一l0k比)的交变电流时，定尺绕组感应出频率为f的感应电势。
感应电势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。
当两绕组同向对齐时，滑尺绕组磁通全部交链于定尺绕组，所以其感应电势为正向最大。
移动1／4节距后，两绕组磁通不变链，即交链磁通量为零；再移动1／4节距后，两绕组反向时，感应电势负向最大。
依此类推，每移动一节距，其感应电势随位置按余弦规律周期性的重复变化一次。
同样，在滑尺的余弦绕组中，施加频率为f的交变电流时，定尺绕组上也感应出频率为f的感应电势。
其感应电势随位置按正弦规律变化，如图所示。
根据感应同步器的工作原理知道，感应同步器的输出信号是—个能反映定尺和滑尺相对位移的交变电动势，因而对输出信号的处理，可归结为对交变电动势的检测和处理。
四光电式传感器和五微波传感器
根据老师要求，我选择霍尔原件进行位置测量：
在传感器设计时，可以采用如图1所示的方式，此时，霍尔元件与永久磁铁作成一体，当传感器与被测物体间的距离L发生变化时，传感器与被测物体间的磁阻发生变化，引起永久磁铁与被测物体间的磁场分布也随之发生变化，此时，霍尔检铡物体图1 位移传感器结构图元件处的磁场也必然发生变化，霍尔元件即有电压信号输出． -霍尔元件采用UGN 3501 T集成霍尔元件，主要考虑到如下因素．a．可以保证很高的空间分辨率．其敏感面积为0．1 mm×0．1 mm，相当于检测磁场中的一个点，对提高检测位移的精度十分有利．b．灵敏度可达7 V／T；而单片霍尔元件中灵敏度较好的HZ-I仅有240 mV／T (对应于20mA 控制电流)，从而可以减少为放大信号所为4．44mm ×4．52mmX 2．0mm．采用塑胶封装，且体积较小，便于在传感器中安装，可以把传感器的体积做得很小．d．属于三端子器件，引线合理，便于焊接．
实验表明：霍尔元件与永久磁铁间的距离对该传感器的灵敏度、线性度与量程都有很大影响，若霍尔元件与磁铁距离很近，则该处的磁场强度很大，霍尔元件很容易饱和，传感器的线性度差，量程小一若霍尔元件与永久磁铁距离太远，则磁场很弱，霍尔元件感应不到磁场，灵敏度降低．因此必须在传感器设计中要确定最佳的 值．由上述分析可知，该传感器适用于被测物体是铁磁构件（能够改变磁力线分布的物体)间的位移的测量．图2给出了当材料磁化到饱和与非饱和状态的测量曲线，由于磁场分布受材料特性影响很大，当材料磁化到饱和状态时，测量曲线较为平直；当材料未磁化到饱和状态时，测量曲线波动较大；在饱和磁化区与未饱和磁化区之间，测量曲线呈上升趋势，所以为保证测量精度，被测物体局部应该磁化到饱和状态．图3给出了传感器输出曲线，实验研究与理论计算表明，该传感器在0～3 mm范围内有较好的线性度，灵敏度可以达到0．01 mm．
采用上述设计的传感器可以实现非接触的位移测量，若成对布置传感器，如图4
所示，可实现钢管、钢棒、钢丝绳等细长导磁构件直径的非接触的动态连续测量，由图4可知，被测物体的直径
D=321s s s --与其他方法相比，采用该方法测量的显着优点是不受被测构件表面油泥等非导磁污物的影响，传感器的抗干扰性能好与抗冲击能力强，结构简单．结果表明：考虑到偏心等其他干扰因素的影响，采用传感器设计的钢丝绳直径检测仅对钢丝绳的动态测量精度可以达到0．3 mm ．。