故障诊断问答分析

第一章 1.什么是故障模式、故障机理? 故障模式：故障模式是指由外因和内因对机械系统共同作用结果所显现出来的故障形态 故障机理：故障机理是指引起机械系统故障的物理、化学变化等的内在原因、规律及其原理。 2.什么是故障？判断故障的准则是什么？ 故障：故障是指可修复产品“丧失了其规定功能”，可修复产品是指零、部件经故障再经修理后能继续使用；

判断故障的准则：在给定的工作状态下，机械系统的功能与约束条件下不能满足正常运行或原设计期望的要求。

3.请简要说明可靠度的含义，并举例说明。 可靠度是指一批产品从开始使用至某一规定时刻时尚有多少个产品没有发生故障的剩余概率。 例如某型号产品（如灯泡）5000h的可靠度为98%，即该产品在规定条件下工作到规定时间5000h时，平均每100个产品中，只有98个产品具有规定功能。

4.故障诊断是如何定义的？ 从系统分析观点出发，工况监视与故障诊断可以理解为识别机械设备运行状态的科学。即利用前述检测方法和监视诊断手段(包括不断发展的信息科学与系统辨识的新方法)，从所检测的信息特征判别系统的工况状态，分析故障形成原因和发展趋势，以防患于未然。

5.简述选择监测参数的基本要求？ ①具有足够的信息量，并有典型意义； ②监测参数与故障形式之间应具有较高的灵敏度和较好的对应性； ③尽可能利用被监测对象的现有测量元件，若要重新配置，应在测量装置造价低的前提下，保证有一定的测量精度，并能实现参数的获得。

6.设备工况监测与故障诊断技术的区别与联系？ 联系：诊断是目的，监测是手段，监测是诊断的前提 区别： 工况监测通常是指通过检测手段，采集和测量机械系统或部件在运行状态下的有关信息和特征参数，以此来检查机械系统或部件的状态是否正常

机械系统或部件的故障诊断，不仅要检查出机械系统或部件是否正常，还要对机械系统或部件发生故障的部位、产生故障的原因、故障的性质和程度、给出正确的深入的判断，即要求作出精密诊断。

7.简述大型机电装备工况监视与故障诊断的发展趋势。 ①远程分布式工况监视与故障诊断系统； ②基于行为和基于知识的智能诊断方法研究； ③面向机器监测的实时数据库技术； ④机器的智能监测与诊断技术。 8.故障诊断技术的研究发展概况。 目前监视诊断技术主要用于连续生产系统或与产品质量有直接关系的关键设备。在这一领域监视诊断技术的发展情况，大致可从以下两方面说明：

（1）以检测仪表为主体的监视装置：其主要构成部件是传感器和知识仪表箱，有用于测温度的，但大多数是用于测振动的。

（2）检测仪表配备软件分析装置：主要装置是频谱分析仪。 （3）计算机辅助监视与诊断系统：这种系统主要是由传感器、接口装置及计算机组成，使工况监视与故障诊断技术的主要发展领域。计算机辅助监视与诊断系统今后发展方向主要是减少人工干预，提高自动化及自适应能力的多层次的人工智能诊断系统。

9.机械振动的种类和特征。

或 10.工况状态监视与故障诊断系统的主要环节。 用文字答出以上5个主要环节（在线检测、特征分析、特征量选择、工况状态分类、故障诊断）也可 六、分析题（4） 1.转子弯曲的种类？振动机理及故障特性？ 种类：永久性弯曲和临时性弯曲 振动机理：转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生于质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使轴两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动

故障特性：转子永久性弯曲和临时性弯曲与转子质量偏心基本相同，其不同之处是，具有转子永久性弯曲故障的机器，开机启动时震动就较大；而转子临时性弯曲的机器，则是随着开机升速过程振幅增大到某一值后有所减小。

2.系统分析在工况监测与故障诊断中的作用及工作过程？ 作用：①确定设计的监测与诊断系统的目标和系统的功能 ②提出监测与诊断系的初步技术方案 ③提出监测与诊断系统设计的具体实施计划 ④提出监测与诊断系统的关键技术问题，并进行分析研究。 工作过程： 主要分三步，第一，确定任务；第二，提出初步技术方案；第三，可行性分析。 3.齿轮故障的常见形式和齿轮振动的类型？ 常见形式：①齿面磨损； ②齿面划痕胶合； ③齿面点蚀和剥落； ④弯曲疲劳和断齿 齿轮振动类型： ①啮合过程中产生的振动 ②转子不平衡或不对中产生的振动 ③齿轮的自由振动与自激振动 4.机械振动按照动力学特征分为几种类型，各有什么特征？ ①自由振动与固有频率：这种振动靠初始激励一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断必须考虑的因素。这种振动频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定，是物体自身固有的。

②强迫振动和共振：强迫振动过程不仅与激振力的性质（激励频率和振幅）有关，而且与物体自身固有特性（质量、弹性刚度、阻尼）有关。 ③自激振动：特性:a. 随机性；b. 振动系统非线性特征较强，即系统存在非线性阻尼元件、非线性刚度元件时才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转为系统振动能量；c. 自激振动频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率，与转子第一临界转速相符合。

④转轴存在异步涡动。 ⑤振动波形在暂态阶段有较大的随机成分，而稳态时波形是规则的周期振动。 七、论述题（4） 1.设备维修制度有哪几种？试对各种制度进行简要说明。 ①事后维修 特点是“不坏不修，坏了才修”，现仍用于大批量的非重要设备。 ②预防维修（定期维修） 在规定时间基础上执行的周期性维修,对于保障人身和设备安全，充分发挥设备的完好率起到了积极作用。

③预知维修 在状态监测的基础上，根据设备运行实际劣化的程度决定维修时间和规模。预知维修既避免了“过剩维修”，又防止了“维修不足”；既减少了材料消耗和维修工作量，又避免了因修理不当而引起的人为故障，从而保证了设备的可靠性和使用。

2.机械系统产生故障的原因有哪些？ ①环境因素：

a. 机械能 机械能不但能沿着各个零件传递，而且还和外部介质发生相互作用，以静载荷和动载荷的形式对机械系统产生作用；

b. 热能 由于周围介质温度发生变化以及机械在运转过程中的发热作用，会产生一定的热能； c. 化学能 化学能也会对零件产生影响，如含有水分和侵蚀成分的空气会使零件产生腐蚀破坏； d. 其他能量 除上述几种主要能量外，还有核能、电磁能以及生物因素等同样会对零件产生破坏作用，影响机械系统的工作能力；

②人为因素： a. 设计不良 即使设计者认为是完美的机械系统，实际上总是存在者薄弱环节; b. 质量偏差 制造过程中的过失误差和明显缺陷，在机械系统检验时一般都会暴露出来，可以在制造范围内予以消除；

c. 使用不当 质量合格的机械系统，在其整个生命周期内的运输和保管技术要求、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故障率将产生很大影响。

③时间因素 3.工况监测与故障诊断具体包括哪几个阶段？其基本内容有哪些？ 阶段： ①信号采集及其处理；②状态监测；③故障识别 在线检测

特征分析特征量选择工况状态分类故障诊断

工况正常

工况异常趋势

故障类型严重程度故障部位趋势 对策

动态过程参数

状态监视故障诊断

基本内容： ①在机械系统合适的部位，测取其有关状态的特征信号，这需要选择合适的传感器和测量方法； ②采用合适的征兆提取方法与装置，从特征信号中提取机械系统有关状态的征兆； ③采用合适的状态识别方法与装置，依据征兆进行推理而识别出机械系统的有关状态； ④采用合适的状态趋势分析方法与装置，依据征兆与状态进行推理而识别出有关状态的发 展趋势，这里包括故障的早期诊断与预测；

⑤采用合适的决策形成方法与装置，从有关状态及其趋势形成正确的干预决策；或者深入系统的下一层次，继续诊断；或者已达指定的系统层次，做出调整、控制、自诊治、维修等有关决策。

4.画图表示工况状态监视与故障诊断系统的主要环节，并阐述工况状态监视与故障诊断系统的各个主要环节的功能。

工况状态监视与故障诊断系统的主要环节如下图：

a.信号的在线检测

监视与诊断过程中的信号检测必须满足以下两方面的要求。

在线和实时性。“在线”(On-line)检测是针对系统而言，对于连续运行的机械设备是指在运行中进行检测；有些机械设备的运动，既有连续，又有中断，例如在机床上加工一个零件时，切削、换刀、上下料和测量等都是该加工系统的组成环节。有时机床并不运动，刀具也不加工，但其他环节如测量、上下料等的动作都在进行，而这些环节都属于系统的组成部分，故仍属在线。

至于“实时”(Real time)检测，则是针对动态过程而言，即“在过程中”(In process)检测，如振动参数、压力参数、切削力、磨削温度等都是在机械设备运行过程中检测，故既是“在线”也是“实时”。

敏感性(Sensitivity)。系统运行的动态过程含有丰富的多方面的信息，所选择的检测信号及其在机器上的检测部位都要能敏感地反映工况特征信息的变化。

b.信号的特征分析