机械故障诊断学机械故障诊断基本原理
《机械设备故障诊断技术》(设备故障诊断)
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
3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法
4 往复式压缩机的故障分析和管道振动 4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因； 4.2 示功图及阀片运动规律的测量与故障分析
4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动
5 齿轮故障诊断 5.1 齿轮常见故障；
5.2 齿轮故障振动的诊断；
5.3 齿轮故障噪声的诊断
机械设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ故障诊断技术
1.1.1 设备故障诊断的含义和特性
1. 设备故障诊断的含义 应用现代测试技术、诊断理论方法 识别诊断设备故障机理、原因、部位和程度 根据诊断结论，确定设备维修方案和防范措施
设备故障：设备丧失工作效能程度，设备丧失规定性能状态
诊 断：用测试分析技术和故障识别方法
确定故障性质、程度、类别和部位，研究故障机理的学科
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
3 旋转机械故障诊断 3.1 转子不平衡故障诊断；3.2 转子不对中故障诊断；3.3 滑动轴承故障诊断
3.4 转子摩擦故障诊断； 3.5 浮动环密封故障诊断；3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断
机械设备故障诊断技术
基于 matlab 的机械故障诊断技术案例教程
基于 matlab 的机械故障诊断技术案例教程机械故障诊断技术是通过分析机械设备的运行状态、振动、声波等数据，以识别和定位故障的技术手段。
在此案例教程中，我们将详细介绍基于MATLAB的机械故障诊断技术。
一、故障诊断技术的基本原理故障诊断技术是通过对机械设备的振动、声音等信号进行分析来判断设备运行是否正常。
在机械故障诊断过程中，需要收集设备的振动和声音数据，并进行合理的处理和分析。
二、使用 MATLAB 进行机械故障诊断的案例在此案例中，我们将以离心泵为例，介绍基于 MATLAB 的机械故障诊断技术的应用。
1. 数据采集：从离心泵中采集振动和声音数据，并将其存储为数值形式的文件。
2. 数据预处理：使用MATLAB 对采集到的数据进行预处理，包括去噪、滤波、降采样等操作，以便后续的信号分析和故障诊断。
3. 特征提取：使用 MATLAB 对预处理后的数据提取特征。
常用的特征包括频域特征、时域特征、小波包特征等。
4. 特征选择：根据实际情况，使用 MATLAB 对提取到的特征进行选择，筛选出与故障相关的特征。
5. 故障诊断模型建立：使用 MATLAB 构建故障诊断模型，可以采用机器学习算法、人工智能技术等。
6. 故障诊断与预测：使用构建好的故障诊断模型，对新的数据进行诊断和预测。
通过与已知故障样本进行比对，可以准确判断设备是否出现故障，并预测故障类型。
三、案例教程中的注意事项在进行机械故障诊断时，需要注意以下几点：1. 数据采集要准确可靠，确保采集到的数据具有代表性。
2. 数据预处理要注意去除噪声、滤除干扰，并保留有用的信号。
3. 特征提取要选择合适的特征，能够准确反映机械设备的运行状态。
4. 模型建立要根据实际情况选择合适的算法和技术，同时需要考虑模型的准确性和计算效率。
5. 故障诊断与预测要结合实际情况进行判断，并及时修复设备故障，避免进一步损坏。
综上所述，通过基于 MATLAB 的机械故障诊断技术案例教程，我们可以学习到使用 MATLAB 进行机械故障诊断的基本原理和方法，帮助我们有效提高设备故障的诊断准确性和效率。
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。
机械故障诊断学习报告
机械故障诊断学习的重要性
学习机械故障诊断有助于提高机械工程师的技能水平，并能有效避免机械故障导致的生产停滞和损失。
机械故障诊断学习的步骤和方法
1
了解机械系统
熟悉机械系统的组成和工作原理。
学习故障特征
2
掌握不同故障特征的识别方法。
3
实践演练
通过实际案例进行故障诊断练习。
机械故障诊断学习的优势和挑战
优势
提高机械故障诊断准确性和效率。
挑战
需要不断学习和更新知识，跟上技术的发展。
机械故障诊断学பைடு நூலகம்报告
机械故障诊断是一门关键的技术，它是确保机械系统正常运行的关键。本报 告将为您介绍机械故障诊断的背景和意义。
机械故障的分类和特点
1 分类多样
机械故障可以分为多个类别，如机械磨损、 电气故障等。
2 特点独特
机械故障具有不同的特征，包括声音、振动、 热量等。
常见的机械故障诊断方法
1 视觉检查
通过观察机械部件的外观，检测潜在的故障。
2 振动分析
通过分析机械振动信号，识别可能存在的故障。
3 温度测量
通过测量机械部件的温度变化，检测异常情况。
基于人工智能的机械故障诊断技术
机器学习
使用机器学习算法分析大量数 据，实现故障诊断。
神经网络
构建神经网络模型，模拟人类 的故障诊断过程。
专家系统
利用专家知识建立规则库，帮 助机械故障诊断。
机械故障诊断
《易》曰：形而上者谓之道，形而下者谓之器。
与此同时还出现了一些专业性的诊断仪器和监 测系统制造厂商，如本特利(Bently)公司，科 学亚特兰大(Scientific Atlanta)公司，惠普(HP) 公司等，对推进诊断技术的应用起到了较大的 作用。
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《易》曰：形而上者谓之道，形而下者谓之器。
欧洲一些国家的诊断技术发展各有持色。如瑞 典SPM公司的轴承监测技术，AGEMA公司的 红外热象技术；丹麦B&K公司的振动、噪声 监测技术。 日本的诊断技术也在70年代中开始起步并发展 很快，其特点是在民用工业如钢铁、化工、铁 路等部门占有较大的优势。
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我国起步较晚，真正的起步应从1983年南京 首届设备诊断技术专题座谈会开始。此后 我国政府有关部门曾多次组织外国诊断技 术专家来华讲学。
机械故障诊断的基本原理：
在某种意义上，故障是可以预测和预防的。 设备使用一般为3个阶段： 磨合期，使用期，耗损期。
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《易》曰：天道亏盈而益谦，地道变盈而流谦。
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《易》曰：天道亏盈而益谦，地道变盈而流谦。
绿区，黄区，红区。
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《易》曰：天道亏盈而益谦，地道变盈而流谦。
见乎蓍龟，动乎四体。 ——《中庸》 同样，机械故障诊断就是在动态情况下，利用机 械设备劣化进程中产生的信息(即振动、噪声、压 力、温度、流量、润滑状态及其他指标等)来进行 状态分析和故障诊断。
4
Confucius said: ”If you know a thing, say that you know it; if you don’t know a thing, admit that you don’t know it. That is true wisdom.”
机械工程的设备故障诊断与排除技术
机械工程的设备故障诊断与排除技术机械工程领域中，设备故障是一个不可避免的问题。
为了确保设备的正常运行，机械工程师需要具备诊断和排除故障的技术。
本文将介绍机械工程的设备故障诊断与排除技术，旨在帮助工程师们更好地处理设备故障，提高设备的可靠性和效率。
一、了解设备工作原理在进行设备故障诊断和排除之前，了解设备的工作原理是至关重要的。
机械工程师需要熟悉设备的结构、工作流程以及各个部件的功能。
只有全面了解设备的工作原理，才能更准确地判断故障原因和采取正确的排除方法。
二、故障诊断方法1. 观察法观察法是最简单直接的故障诊断方法。
机械工程师通过对设备进行观察，注意异常现象和细节变化，从而判断设备是否存在故障。
比如，设备开始出现噪音、异味或者部件运转不稳等现象，都可能是故障的征兆。
通过观察，可以初步确定故障位置，为后续的深入诊断提供线索。
2. 测试法测试法是一种基于实验证明的故障诊断方法。
机械工程师通过运用测试仪器，如振动仪、温度计、电流表等，对设备进行各个方面参数的测试和监测。
通过测试，可以获取到设备各项参数的数值，从而对设备的正常工作情况进行评估。
若某一参数值偏离正常范围，可以初步判断该参数存在异常，进而确定故障原因。
3. 初步排除法初步排除法是一种通过逐一排除可能故障点的方法。
机械工程师可以根据对设备的了解和经验判断，逐一检查设备各个部分，以排除可能存在问题的部件或系统。
这种方法要求工程师有丰富的经验和故障处理能力，能准确判断可能的故障原因，并有针对性地进行排除。
三、排除技术1. 维护保养定期的维护保养是预防设备故障的关键。
机械工程师需要建立完善的设备维护保养体系，包括定期清洁、润滑、紧固等。
通过对设备进行维护保养，可以延长设备的使用寿命，减少故障的发生。
2. 备件管理合理的备件管理对于设备故障排除至关重要。
机械工程师应根据设备的特点和工作条件，合理选择备用部件，并做好备件库存管理。
只有在紧急情况下能够快速更换损坏的部件，才能最大程度地减少设备停机时间。
《机械设备故障诊断与维修》课程标准
《机械设备故障诊断与维修》课程标准一、课程定位《机械设备故障诊断与维修》课程是机电技术应用及机械制造大类各专业的核心专业课程，依据专业的人才培养目标和机电设备装调维修工岗位群的任职要求而设置的。
本课程采用基于“机电设备生产、销售和服务”职业工作过程的“做”中“学”教学模式，培养从事机电设备机械部件、电气系统和整机的装配、故障排查等机电设备制造和机械加工的关键性岗位能力，并培养良好的职业素质，使学生成为合格的机电设备从业人员。
二、课程目标通过《机械设备故障诊断与维修》课程的学习，基于工作岗位的能力要求，根据我校以“培养高素质高技能应用型人才”的办学定位和大专学生毕业后从事生产第一线技术工作岗位的实际提出如下具体课程目标：1.知识目标1）熟悉机电设备安装与维修相关职业标准。
2）了解设备老化、失效、故障、维修等方面的基本概念、内容，对设备维修与故障诊断有较完整地认识。
3）了解传统的和现代的主要的故障诊断技术和方法，能正确运用故障诊断参数和标准等对实际故障问题进行定性分析和诊断。
4）深入理解设备的拆卸与装配原则，能进行典型零部件的装配。
5）熟悉机械零件的各种修复方法，能进行机械修复、焊接、热喷涂等操作。
6）熟悉设备精度检验中常用的工具，能正确进行常用设备的精度检验。
7) 具有典型零部件、普通机床、农业机械的故障诊断和维修能力。
8）能进行数控设备的安装和简单故障排除2.能力目标1）具有自主学习能力和自我发展能力。
2）能运用电脑、网络等现代学习工具，有信息收集和处理能力。
3）具有安排任务与解决现场问题能力。
4）能自觉评价学习效果，找到适合自己的学习方法和策略。
5）具有方案设计和开拓创新能力。
3.素质目标1）培养良好的团队合作意识和文字表达能力；2）具有较好的语言表达能力和沟通交流能力；3）具有系统概括知识的能力；4）具有拆卸、清洗、检验、修理及装配机械零件的基本能力；5）具有良好的工程表达能力；6) 具有科学思维方法；7) 具有分析问题和解决问题的能力；8) 具有自主学习新知识、新技术的能力。
故障诊断基本原理
6. 检查安装、进气道
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韩卫东
hanweidong91@
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故障自诊断。 故障自诊断的基本方法---逻辑判定法。
逻辑判定法：对两个相关联的传感器进行数据比较，若发现两个传感器信 号之间的逻辑关系违反设定条件，判定其有故障。 例如，对节气门的2个滑膜电阻的输出信号进行对比分析判断节气门位置传 感器的性能。
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故障自诊断。 读取故障代码后的检查。
故障诊断。 电压信号波形的分析。
1.汽车上主要的电压信号
(1) 模拟信号：直流(DC)信号、交流(AC)信号 (2) 数字方波信号
2.为什么测量电压信号波形？
(1) 交流或方波信号频率太高，无法用万用表测量。 (2) 通过波形分析系统工作状态;如燃油闭环、点火系统、总线系统等。 (3) 分析某个电控部件或电路的工作状态；如传感器、执行器等。
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故障诊断。 数据流的分析。
1.数据流的含义
所谓的数据流就是控制电脑与传感器和执行器之间交流的数据参数，可 利用诊断仪通过诊断接口读出数据流。电控系统内部的数据一般为电压 、电流或脉冲信号，通过诊断仪调出的数据流一般为温度、转速、流量 等物理量。
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2.先简后繁
3.故障代码优先
4.先思后行
5.贯彻工作要素
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故障诊断的原则与方法。 故障诊断的基本方法。
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三、机械故障诊断的基本环节
一个完整的诊断过程一般由以下四个基 本环节组成：
1. 确立运行状态监测的内容; 2. 建立测试系统; 3. 测试、分析及信息提取; 4. 状态监测、判断及预报
三、机械故障诊断的基本环节
二次、三次等非一次信息的诊断。如通过测箱体的振动来判断齿轮箱中齿 轮是否存在偏心等。
通常所谓的诊断主要是指间接诊断。
4. 按诊断时所要求的机械运行工况条件分
(1)常规工况诊断：在机械的正常运行条件下进行的一种故障诊断方式； (2)特殊工况诊断：对某些机械，需为其创造特殊的工作条件才能对其进
行诊断。如动力机组的升降速过程诊断、提升机启、停过程诊断。
一. 机械故障及其分类
4. 按其发生的范围分
(1) 部分性故障：设计功能部分丧失的一类故障。 (2) 完全性故障：设计功能完全丧失的一类故障。
5. 按其发生的频次分
(1) 偶发性故障：发生频率很低的一类故障，即“意外现 象”，如齿轮断齿。
(2) 多发性故障：经常发生的一类故障，如齿轮磨损。
机械故障还有其它分类方法，如单一故障/复杂故障等， 可参考有关文献。
二、机械故障诊断及其分类
定义：所谓机械故障诊断，就是对机械系统所处的状态进
行监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原因、 部位和严重程度，并预报其发展趋势。
分类的目的: 主要是为了便于信息分析和处理。 分类方法: 机械故障诊断可以分类如下：
(1) 按其目的分; (2) 按其方式分; (3) 按其提取信息的方式分; (4) 按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5) 按功能分。
(2)安全性故障：故障的发生不会对人身、生产和环 境造成危害的一类故障，如保护系统在不需保护 时动作的故障等。
一. 机械故障及其分类
3. 按其发生的快慢分
(1) 突发性故障：不能靠早期测试探测出来的一类故 障。即此类故障是不可预测的，对这类故障只能 进行预防
(2) 渐发性故障：故障的发展有一个过程，因而可对 其进行预测和监视，如疲劳裂纹的产生和扩展。
分类的目的： (1)便于信息交流； (2)便于处理故障时更有针对性。
分类方法: 机械故障可以从不同的角度来进行分类 (1)按其发生的原因分 (2)按其造成的后果分 (3)按其发生的快慢分 (4)按其发生的范围（程度）分 (5)按其发生的频次分
(6)其他角度来进行分类（所采用的技术手段）
一. 机械故障及其分类
二、机械故障诊断及其分类
1. 按目的分
(1) 功能诊断：即对新安装或刚维修过的机械系统诊 断其功能是否正常，也就是投入运行前的诊断。
(2) 运行诊断：即对服役中的机械系统进行的诊断。
2. 按方式分
(1) 在线监测：就是连续地对服役中的机械系统进行 监测，测试传感器及二次仪表等安装在设备现场， 随机械系统一起工作。
第一章 机械故障诊断的基本原理
机械故障诊断学包括机械故障诊断的 原理与技术两大部分。
本章首先讨论几个与机械故障诊断有关 的基本问题，主要包括： 机械故障诊断概述 ; 故障特征参量;
第一节 机械故障诊断概述
一、机械故障及其分类 二、故障诊断及其分类 三、机械故障诊断的基本环节
一、机械故障及其分类
定义: 机械故障（Fault异常/Failure失效）， 是指机械系统(零件、组件、部件或整台设备 乃至一系列的设备组合)因偏离其设计状态而 丧失部分或全部功能的现象。
例: 发动机发动不起来、汽车刹车不灵、机床 运转不平稳、机床加工精度超标、机器运行时 振动噪声过大、齿轮轮齿折断等等现象。
一. 机械故障及其分类
二、机械故障诊断及其分类
定义：所谓机械故障诊断，就是对机械系统所处的状态进
行监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原因、 部位和严重程度，并预报其发展趋势。
分类的目的: 主要是为了便于信息交流 分类方法: 机械故障诊断可以分类如下：
(1)按其目的分; (2)按其方式分 (3)按其提取信息的方式分; (4)按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5)按功能分。
1. 按其发生的原因分
(1) 磨损性故障：是指机械系统因使用过程中的 正常磨损而引发的一类故障，对这类故障形式，
(2) 错用性故障：是因使用不当而引发的故障。 (3) 先天性故障：是由于设计或制造不当而造成
机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。
一. 机械故障及其分类
2.按造成的后果分
(1) 危害性故障：故障发生后会对人身、生产和环境 造成危险或危害的一类故障，如机床保护系统不 能进行有效地工作而造成损害工件或操作者的故
二、机械故障诊断及其分类
5.
(1) 简易诊断：对机械系统的状态作出相对粗略的判断。 一般只回答“正常与否”、“有无故障”等问题，而不 分析故障原因、故障部位及故障程度等。又称“状态监 测”。 (2) 精密诊断：是在简易诊断基础上更为细致的一种诊断 过程，它不仅要回答“正常与否”、“有无故障”的问 题，而且还要详细地分析出故障原因、故障部位、故障 程度及其发展趋势等一系列的问题。又称“故障诊断”。
基本环节1：确立运行状态监测的内容 主要包括确立监测参数、监测部位及监测方式
(在线/巡检)等方面的内容，这主要取决于故障形 式，同时也要考虑被监测对象的结构、工作环境 等因素以及现有的测试设备条件，这是整个诊断 工作的基础。
状态监测的内容确立得当，不仅能极大地提高 诊断效率，有时甚至决定着诊断工作的成败。如 矿用风机轴承的温度、振动监测。
(2) 巡回
二、机械故障诊断及其分类
3. 按提取信息的方式分
(1) 直接诊断：诊断对象与诊断信息来源直接对应的一种诊断方法，即一
次信息诊断。如通过检测齿轮的安装偏心和运动偏心等参数来判断齿轮运 转是否正常即属此类；
(2) 间接诊断：诊断对象与诊断信息来源不直接对应的一种诊断方法，即
三、机械故障诊断的基本环节
基本环节2： 建立测试系统 根据步骤1的要求选取传感器及其配套仪器，组成