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（企业诊断）设备故障诊断

与维修

《设备故障诊断和维修》学习提纲

第壹章绪论

掌握设备故障诊断的意义、目的、任务及其发展概况，熟悉设备故障诊断的概念、意义和目的，熟悉状态监测和故障诊断的任务，了解设备故障诊断技术的发展概况。

1、设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的三项基

础技术。

2、设备故障诊断是指在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，且预测、预报设备未来的状态，从而找出对策的壹门技术。

3、设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取更大的经济效益和社会效益。

4、设备故障诊断的任务是监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障且消除故障；指导设备的管理和维修。

5、设备故障诊断技术的发展历程：感性阶段→量化阶段→诊断阶段（故障诊断技术真正作为壹门学科）→人工智能和网络化阶段（发展方向）。

第二章设备故障诊断的基本概念

了解设备故障诊断的壹些基本概念和基本方法，明确设备故障诊断的重要目标——状态维修。要求掌握设备和设备故障的基本概念，全面、深入了解设备故障的概念、原因、机理、类型、模式、特性、分析及管理；了解设备故障诊断的基本方法和分类；熟知设备维修方式的发展和状态维修，认识设备故障诊断技术和状态维修的“因果”关系。

1、从系统论的观点，设备是由有限个“元素”，通过元素之间的“联系”，按照壹定的规律聚合而构成的。

2、设备的故障，是指系统的构造处于不正常状态，且可导致设备相应的功能失调，致使设

备相应行为（输出）超过允许范围，这种不正常状态称为故障状态。

3、理解故障原因、故障机理、故障模式、故障分析等概念。设备故障具有层次性、传播性、

放射性、相关性、延时性、不确定性等基本特性。

4、对故障进行分类的目的是为了弄清不同的故障性质，从而采取相应的诊断方法

5、设备故障诊断的基本方法包括传统的故障诊断方法、故障的智能诊断方法和故障诊断的

数学方法。

6、设备故障诊断的分类根据诊断对象、诊断参数、诊断的目的和要求、诊断方法的完善程

度等不同能够有各种分类方法。

7、我国的维修体制也在发生着深刻而巨大的变化，已从早期的事后维修和实施多年的定期

预防维修开始进入现代的预知性的视情（状态）维修。

8、实施设备状态维修的指导思想。

第三章设备故障诊断的技术基础

掌握设备故障诊断特别是振动诊断的技术基础，要求熟悉设备故障诊断技术的内容，掌握设备故障信息获取和检测方法的框架知识，了解设备故障常用的三种评定标准及相对判断标准的制定方法，熟悉故障诊断中的信号处理。掌握傅里叶变换在故障诊断中的应用。

1、设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三个方面。其具体实施过程

为信息采集、信号处理、状态识别、诊断决策。

2、设备故障信息的获取方法包括直接观测法、参数测定法、磨损残渣测定法及设备性能

指标的测定。

3、设备故障的检测方法包括振动和噪声的故障检测、材料裂纹及缺陷损伤的故障检测、

设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测及工艺参数变化引起的故障检测。

4、设备故障的评定标准常用的有三种判断标准，即绝对判断标准、相对判断标准以及类

比判断标准。可用平均法制定相对判断标准。

5、从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从信号中提取周期成分的过程。组成周

期成分的简谐振动可用位移、速度和加速度三个参量来表征，每个参量有三个基本要素：即频率、振幅和初相位。

6、试验数据处理的目的就是去伪存真、去粗取精、由表及里、由此及彼的加工过程，提

高信噪比，找出客观事物本身的内在规律和客观事物之间的相互关系。

7、振动信号频率分析的数学基础是傅里叶变换；在工程实践中，运用快速傅里叶变换的

原理制成频谱仪，这是故障诊断的有力工具

第四章振动诊断方法

振动诊断是目前所有故障诊断技术中应用最广泛也是最成功的诊断方法，要求掌握振动诊断的时域分析方法（包括直接观察法、概率分析法、示性指标法、时域同步平均法及相关函数诊断法）；熟知振动诊断的频域分析方法，明确频域分析的主要内容，熟练掌握各种频率项的计算或查询方法；了解振动诊断的其他方法如倒频谱诊断法、轴心轨迹等。

1、利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障诊断方法中最有效、最常用的方法。

2、振动诊断的时域分析方法包括直接观察法、概率分析法、示性指标法、时域同步平均

法及相关函数诊断法。

3、在旋转机械振动监测和故障诊断中，对波形复杂的振动信号，常常采用其峰—峰值；

而利用均方根幅值作为故障诊断的判断依据是最简单、最常用的壹种方法；峭度广泛应用于滚动轴承故障诊断。

4、振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息，振动诊断的任务从某种意义上讲，就是

读谱图，把频谱上的每个频谱分量和监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释。

5、壹台机器设备在其运转过程中会产生各种频率项，包括旋转频率项、常数频率项、齿

轮频率项、滚动轴承频率项、倍乘频率项、电机频率项、皮带频率项、链频率项和谐频频率项等。

6、振动诊断的其他方法包括倒频谱诊断法、轴心轨迹等。

第五章旋转机械故障诊断技术

旋转机械是指齿轮箱、离心风机、离心泵、汽轮机、燃气轮机、发电机、电动机、离心压缩机、水轮机、航空发动机等机械设备，它们广泛应用于电力、石化、冶金、机械、造纸、船舶、航空以及壹些军事工业部门。随着科学技术和现代工业的发展，旋转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安全性和可靠性，对发展先进的状态监测和故障诊断技术，提出了迫切的要求。

旋转机械故障诊断技术是近些年来国内外开展广泛研究，发展比较成熟的故障诊断技术，具有壹定的代表性，因此本章是此书的重点部分。掌握旋转机械典型故障如转子不平衡、转子不对中、共振、机械松动、转子摩擦、滑动轴承故障、转轴裂纹、流体动力激振、拍频振动等的机理和特征，熟练掌握滚动轴承故障诊断技术、齿轮故障诊断技术，了解电动机故障诊断技术、皮带驱动故障诊断技术，且熟悉利用征兆的故障诊断方法。

1、旋转机械是指齿轮箱、离心风机、离心泵、汽轮机、燃气轮机、发电机、

电动机、离心压缩机、水轮机、航空发动机等机械设备。

2、不平衡是旋转机械最常见的故障。转子不平衡故障的突出表现为壹倍频振

动幅值大。同时会出现较小的高次谐波，使整个频谱呈所谓的“纵树形”。

3、有资料表明现有企业在役设备30%～50%存在不同程度的不对中。转子不

对中故障的突出表现为以二倍频和壹倍频分量为主，不对中越严重，二倍频所占比例越大。

4、强迫振动频率和系统的自然频率壹致时出现共振，使振动幅值急剧放大，

导致过早损坏或灾难性破坏。拍频振动简称拍振，是俩个频率非常接近、振幅近似相同的简谐波叠加时，彼此同步进入和退出的结果。能够利用波形分析直接识别共振现象和拍频现象。

5、机械松动包括A型机械松动、B型机械松动、C型机械松动。转子摩擦产生类似于C型机械松动产生的频谱，转子失稳后时域波形严重畸变或削波。

6、滑动轴承油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动频率约为转子回转频率的壹半，所以常称为半速涡动或半频涡动，壹般涡动频率约为转速的0.40~0.48倍。当转子回转频率约为其壹阶临界转速的俩倍时，由于此时油膜涡动的涡动速度和转子的壹阶临界转速相重合即产生共振，表现为强烈的振动现象，油膜可能不再具有支承能力，称为油膜振荡。

7、流体动力激振包括紊流、喘振、气穴、迷宫密封气流激振、不均匀气流涡动。

8、滚动轴承的振动诊断方法包括有效值和峰值判别法、峰值因数法、概率密度分析法（用峭度衡量）、低频信号接收法、中频带通滤波法、谐振动信号接收法、包络法、高通绝对值频率分析法，目前国际流行的滚动轴承故障诊断技术是美国ENTEKX公司的g/SE技术和瑞典SPMX公司的冲击脉冲法。

9、齿轮故障诊断技术主要是啮合频率谐频分析和边频带分析。齿轮正常，齿磨损，齿面点蚀，齿面剥落，齿轮偏心和齿隙游移，转轴上联轴节不平衡或不对中，齿轮不对中，齿断或齿裂，齿轮组合状态问题，齿摆动故障，轴承配合松动对齿轮影响等情况的特征。

10、电动机故障诊断包括机械故障诊断和电气故障诊断俩个方面。交流感应电动机故障包括定子偏心、转子偏心、转子故障、接头松动等情况。

11、皮带驱动故障诊断技术。

12、利用征兆进行故障诊断，要注意俩个问题：⑴选择特征突出的、有代表性

的故障征兆参数；⑵找出和上述征兆参数关联的直接主导原因。

第六章设备振动故障诊断实施方法

熟知实施现场振动诊断的6个基本步骤；紧紧围绕三“Ｗ”壹“H”这几个中心问题，深入、细致掌握振动诊断状态识别的基本方法，掌握设备劣化趋势分析的方法和应用；了解工厂设备振动诊断方案实践。

1、通观振动诊断的全过程，诊断步骤可归纳为6个步骤：确定、了解诊断对象；确定诊断方案；进行振动测量和信号分析；实施状态判别；作出诊断决策；检查验证。其中，确定诊断方案包括选择测点、预估频率和振幅、确定测量参数、选择诊断仪器、选择和安装传感器及做好其他相关事项的准备等内容。

2、振动诊断状态识别的中心问题是三“Ｗ”（这里指“Where”──故障部位；“What”──什么故障；“When”──什么时候发生、发展）壹“H”（即“How”──故障程度）。

3、设备有无异常的识别有标准识别法、图像识别法；故障类型识别（“What”）有振动形态识别法、振动方向特征识别法、振动参数动态特征识别法、幅值比较识别法、相位比较识别法、主频率识别法、共变法、时域波形识别法；故障部位识别（“Where”）有特征频率识别法、分区搜索法、变速法和空档法、类比法、排除法；故障程度识别（“How”）有标准识别法、频率识别法、冲击脉冲法、峰值因数C法；设备状态发展趋势识别（“When”）有趋势管理图法。

4、趋势分析属于预测技术，其目标是从过去和当下已知情况出发，利用壹定技术方法，去分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。

趋势管理壹般分为量值趋势管理和数次趋势管理俩种。预测设备状态到达危险极值时间的方法有俩点法和最小二乘法。

5、工厂设备振动诊断标准的制订过程和“主要转动设备运行晴雨表”。

第八章其它物理诊断方法

声学监测方法、温度监测方法和其它壹些无损检测技术在设备状态监测和故障诊断技术中也占有重要的地位。掌握超声和声发射诊断技术、红外测温技术、无损探伤法等内容，要求了解声学监测方法，掌握温度监测方法，了解无损检测技术。

1、利用声响判断物品的质量是人们常用的简易方法。现代的声学监测技术已有了很大的

发展，目前主要有声学和噪声监测技术，超声波检测技术和声发射技术。

2、温度是工业生产中重要的热工参数之壹。简易温度监测常用接触式测温仪表；目前，

非接触测温法——红外测温监测技术越来越受到人们的重视。

3、无损检测是指对材料和零、部件进行的非破坏检测，以期发现表面和内部缺陷的壹项

专门技术。

第九章液压设备状态监测和诊断

液压设备是壹种流体驱动的装置，是机械设备中的重要组成部分。据有关资料统计，液压设备故障约占整个设备总故障的30%左右。除了壹般机械设备的共同点外，液压设备仍有其自身的特点，例如油液分析就是液压设备中壹个重要而特殊的诊断参数。要求了解液压设备的失效分析，掌握液压设备故障诊断方法，熟悉油液污染分析方法，其中要重点掌握铁谱分析法。

1、液压设备是壹种流体驱动的装置，是机械设备中的重要组成部分。据有关资料统计，

液压设备故障约占整个设备总故障的30%左右。

2、液压元件最主要的失效机理是磨损和疲劳。

3、目前，确定液压设备状态的常用方法有功能诊断法、振动诊断法、声学诊断法和参量

诊断法等。

4、油液分析包括俩大内容：壹是油液本身的物理化学性能分析；二是油液的污染分析。

5、油液诊断方法的基本步骤为采样、检测、诊断、预测和处理。目前已经使用或正在研

究的油样分析监测方法包括油液光谱分析法、油液铁谱分析法和磁塞检查法等，近几年又出现了油液能谱分析法。

6、铁谱分析技术就是根据油液中的颗粒的浓度、形态、成分、类型、大小、分布和材料

等数据信息，分析判断设备的磨损状态、磨损部位、磨损机理，进行故障诊断。

附：复习题

1、简述设备故障诊断的目的、任务和要解决的问题。

2、简述状态维修的概念和意义。试述东风汽车X公司在状态监测工作中推行的“三”、“五”、“七”管理体制的具体内容。

3、如何判断设备是否存在故障及故障的程度？简述相对判断标准的制定方法。

4、何谓简谐振动的三要素？同壹简谐振动的位移、速度、加速度三者之间的关系如何？

5、对振动信号在频率域中进行描述，其数学基础是什么？请描述之。

6、试述时域分析的示性指标和频域分析的主要内容。

7、引起转子不平衡的原因有哪些？转子不对中有哪三种基本形式？且简述它们各自的故障特征。

8、简述滚动轴承异常的基本形式和其故障发展的四个阶段的频谱特征。

9、说明实施现场振动诊断的六个步骤。

10、实施振动诊断前要了解诊断对象，着重了解哪些内容？

11、选择测量点应满足哪些要求？故障类型、故障部位、故障程度各有哪些识别方法？

12、超声波探伤有哪些特点和优点？什么是无损检测技术？无损检测的方法有哪些？

13、简述红外测温监测技术的基本原理。

（注：除了上述复习题外，各章后面的单项选择题和判断题也为参考内容。）

请各位同学认真对照之上提纲自行学习，在11月30前提交壹份学习总结，具体要求如下：（1）总结要全面、内容充实、重点突出、有自己的学习体会。

（2）不少于5页A4纸幅面。

（3）只要求手写。

（4）可通过辅导员转交，也可直接交任课老师。