机械故障诊断第一章绪论
内燃机故障诊断
石家庄铁道大学机械工程学院机械故障诊断与维修课程论文内燃机故障诊断摘要故障诊断：利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测；而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位。
故障检测和故障定位同属网络生存性范畴。
要求把故障定位到实施修理时可更换的产品层次（可更换单位）的过程成为故障隔离。
故障诊断就是指故障检测和故障隔离的过程。
关键词：内燃机智能故障诊断第一章绪论1.1内燃机内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力。
这也是将热能转化为机械能的一种热机。
内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。
但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。
内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。
1.2故障诊断故障诊断技术的产生和发展为提高设备系统的可靠性和可维修性开辟了一条新的的途径。
状态检测与故障诊断是以可靠性理论、信息论、控制论、和系统论为理论基础，以现代测量仪器和计算机为工具，结合各种诊断对象的特殊规律逐步形成的一门新技术，它是一门综合性技术，涉及传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术以及人工只能专家系统等多门基础科学，是对这些基础理论的综合应用。
设备状态检测与故障诊断是以多学科为依托，自成体系，发展十分迅速，取得了较大的经济和社会效益。
设备状态监测和设备故障诊断技术
设备状态监测与设备故障诊断技术第一章：绪论第一节：什么是设备诊断技术机械设备状态监测与故障诊断是同一学科的两个不同层次，它们既有联系又有区别，为了方便起见统称为机械设备故障诊断。
机械设备故障诊断是识别机械设备（机器或机组）运行状态的一门综合应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映。
具体来说，就是通过测取设备运行的状态信号，并结合其历史状况对所测取的信号进行处理、分析、提取特征，从而定量诊断（识别）机械设备及其零部件的运行状态（正常、异常、故障），再进一步预测设备未来的运行状态，最终确定需要采取何种必要的措施来保证机械设备取得最优的运行效果。
主要内容包括对机械设备运行状态的监测、诊断（识别）和预测三个方面。
其中，状态监测也被称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数（如：振动、温度、压力等）来检查设备运行状态，再根据特征参数值与门限值之间的关系来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态。
如果对设备进行定期或连续的状态监测，就可以获得设备运行状态变化的趋势和规律，据此就可以预报设备的未来运行发展趋势，也就是人们常说的趋势分析。
诊断（识别）则不仅要掌握设备的运行状态和发展趋势，更重要的是查找产生故障的原因，识别、判断故障的严重程度，为科学检修指明方向，这就是人们常说的精密诊断，设备状态监测与设备故障诊断可以从以下两个方面来理解。
1.设备状态监测以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术。
2.设备故障诊断以分析设备振动主要特征为手段的设备运行故障诊断技术。
设备故障诊断技术是以设备为对象，采用多种现代化科学成果而形成的一门综合性学科。
它涉及了传感器技术、信息采集技术、信息处理技术、识别理论、预报决策、计算机诊断技术及有关机械设备的专业技术与理论。
第二节：故障诊断的目的机械设备故障诊断的根本目的就是要保证设备的安全、可靠和高效、经济地运行，具体来说就是：1．及时、正确、有效地对设备的各种异常状态和故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。
机械故障诊断学 ppt课件
3、通过检测监视故障分析性能评估等，为设备结构 修改优化设计合理制造及生产过程提供数据和信息。
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机械故障诊断学的研究研究范畴
简单而言，设备故障是指“设备功能失常”，也就是 设备不能达到预期的工作状态，无法满足应有的性能、功 能。
功能失效，机械设备基本功能不能保证；
设备偏离正常功能
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4
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。
最低的阶段。机器处良好
R
状态。
黄区(Y)——包括浴盆曲线Ⅲ
区的初始阶段，故障率已
Y
有抬高的趋势。机器处警
戒状态。
红区(R)——包括浴盆曲线Ⅲ
G
区故障率已大幅度上升的
阶段。机器处严重或危险
状态。
图1-2劣化曲线
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所谓技术诊断，从广义而言，就是对系统的运行状态做出判
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2. 机械故障诊断学的研究目的与研究范畴
研究故障诊断技术目的 就是提高设备效率、运行可靠性，延长使用寿
命，降低设备全寿命周期费用；分析故障形成原因， 以防患于未然。
机械故障诊断讲义1-2章1_ppt.
什么是状态监测和故障诊断？
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，并预测、预报设备未来的状态。
是设备维修的发展方向。 是防止事故和计划外停机的有效手段。
三、诊断的基本方法
1.简易诊断
和 2.精密诊断
故障诊断（精密诊断）
精密仪器 采集信号分析
2
讲授
系主任：
教研室主任：
任课教师：李爱华
3.主要参考书及资料： （1）.虞和济等编著 . 设备故障诊断工程 . 冶金工业出版社，2001.6 （2）.陈进主编 . 机械设备振动监测与故障诊断 . 上海交通大学出版社，1999.4 （3）.李国华等编著 机械故障诊断 化学出版社，1998.8 4.成绩考核方式和考查及格标准： 考核方式： （1）.以笔试为主，并参考实验、作业、出勤等； （2）.要求学生课堂出勤率和完成作业率达到80%以上才允许参加期末考试； 若实验未完成或不合格不允许参加期末考试。 5、对学生学习本门课程的要求： （1）.在学习本课程过程中，要认真做好笔记，课后及时复习，认真独立完 成作业； （2）.要抓住重点，阶段性进行总结，对老师提出的问题积极思考，讨论； （3）.要认真做好实验，掌握基本实验技能，帮助消化和理解所学的理论； （4）.遵守课堂纪律。
机械设备 故障诊断基础
主讲人：李爱华
授课计划2012年至
装备学院 机制10级各班 第 二学期
2013 年度
机械故障诊断基础 课程授课计划
1、本课程的教学目的要求： 掌握机械设备故障诊断的原理、内容和方法；掌握熟悉信号分析与 处理的基础；了解机械设备运行的监测和诊断系统；了解测振传感器原 理及应用，重点掌握旋转机械振动监测与诊断技术，滚动轴承故障及 齿轮、齿轮箱故障的监测与诊断技术；掌握故障树的定性分析方法， 了解油样分析方法、红外监测方法及超声诊断方法。特别要掌握在生 产实际中怎样进行应用解决实际问题。 2、学时数分配情况：
机械设备故障诊断教材
目录第一章设备状态监测和故障诊断技术综述1 设备状态监测和故障诊断作用和意义 (1)2 设备状态监测和故障诊断的定义 (2)3 设备维修方式的演变及发展趋势 (4)4 描述机械设备状态的参数及其测量方法 (7)思考题（7）第二章设备振动诊断的理论基础1 机械振动基本知识 (8)2 振动幅值表达方式 (9)3 简谐振动的三要素 (11)4 振动检测中位移、速度和加速度参数的选择 (12)思考题（14）第三章设备故障基本分析方法1 信号的时域分析 (15)2 信号的频域分析 (15)3 趋势分析 (17)4 倒频谱分析 (20)5 共振解调 (21)思考题（23）第四章常见设备故障种类与典型频谱1 不平衡 (23)2 不对中 (25)3 机械松动 (27)4 轴承故障 (29)5 齿轮 (37)思考题（40）第一章设备状态监测和故障诊断技术综述1 设备状态监测和故障诊断的作用和意义设备状态监测和故障诊断技术产生、发展并广泛应用的驱动力来自三个方面的因素。
即：流程工业生产的现实需要、测试技术和仪器的发展完善和国家相关的政策。
首先，设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展是企业实际需要的结果，主要是设备的安全性、维修成本的压力。
20世纪60年代以来，随着电子技术和计算机技术的快速发展，工业生产越来越现代化。
设备和生产朝着大型化、高速化、自动化、连续化、智能化、环保化等方向发展。
一方面设备更加精密复杂，许多故障很难靠人的感官发现，而且有些设备精密复杂，不允许随便解体检查；另一方面设备突发性事故造成的损失越来越大；三是设备的维修成本占总的生产成本越来越大。
所以追求设备的高可靠性和最合理的维修方式是企业设备工程管理的焦点。
从技术背景方面看，20世纪60年代是计算机技术、电子测量技术和信号处理技术飞速发展的年代，FFT算法语言的出现，把信号处理分析技术从硬件到软件，推向了全新的高度。
此外可靠性工程、零部件失效机理的研究等，都为设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展创造了有利条件。
机械故障诊断技术与方法PPT教案
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B1 Bn
或门 当输入事件B1…Bn有任一发生
输出事件A就发生
X2 X1
X3
顶事件
中间事件 X1
X2
X3
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故障树分析法的主要内容
建立故障树 建立故障树的数学模型 进行系统可靠性的定性分析 进行系统可靠性的定量分析
故障树的建立
确定顶事件
第三阶段：20世纪60—70年代
大规模生产方式—状态维修—设备诊断技术形成
第四阶段：20世纪80—目前
柔性生产方式—风险管理—智能化设备诊断技术 设备诊断相关信息的集成化、智能化、网络化利用
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现代维修技术发展三阶段的期望值演变
第一阶段：
故障时即维修
第二阶段：
•更高的设施可用度 •更长的设备寿命 •更低的成本
断裂：
机理：疲劳断裂、静载断裂、环境断裂
裂纹
机理：工艺裂纹、使用裂纹
腐蚀
机理：化学腐蚀、电化学腐蚀
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2-2 故障树分析方法（FTA)
基本概念
故障事件：
系统的各种故障、失效和不正常
顶事件
故障树分析的目标事件，位于故障树的顶部
底事件
导致其它事件发生的原因、顶事件发生的根本原因事件
临时性故障：短时内设备丧失某些局部功能，经调整可恢复 持久性故障：造成设备功能丧失直至更换或修复故障零件
按故障形成速度分
突发性故障：由设备本身的因素和偶然的外界因素共同作用而 导致的无明显征兆的迅速发生的故障，不可监测
渐发性故障：由各种老化原因导致故障，有一个渐变过程，与 时间有关，可监测
特点：
实时性与历史性结合 动态特征与静态特性结合 监测与诊断结合
机械故障诊断学第一章绪论
1.3 故障诊断的基本方法
➢按照诊断模式分
★ 离线分析诊断 ★ 在线分析诊断 ★ 远程检测诊断
➢离线分析诊断
定期或不定期的巡检的方式采集现场数据，然后回放到计 算机，由计算机软件进行监测与诊断分析。
特点：离线分析，对突发故障无能为力，但可精细分析
➢在线分析诊断
由传感器及高速实时数采硬件、控制计算机及监 测分析软件组成。
变压器等。
★ 无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障
检测。
★ 压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器
等。
★ 强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。 ★ 表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。 ★ 工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。 ★ 电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。
变化
应力应变测量 观察压力或应力变化
无损检测
观察内部结构缺陷
查阅技术档案资 找规律、查原因、作判断
料
故障的分类
➢按故障性质分类
人为故障 自然故障
Ⅰ——磨合期 Ⅱ——正常使用期 Ⅲ——耗损期
故障率%
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图 浴盆曲线
➢按故障产生的原因分类
先天性故障 使用性故障
➢按故障发展速度分类
突发性故障 渐进性故障
1.4 监测和诊断仪器的分类和选用
仪器分类：
仪器选用原则：
• 便携式测振表 • 被监测对象在生产中的地位
• 数据采集器
• 生产的规模和产量
• 预计的投资
• 计算机化监测系统
• 设备管理人员的水平和素质
➢测振表的外形和原理框图
输入 阻抗变换
前置放大
机械设备故障诊断技术
信号的概率密度函数分析称为幅值域分析
2、故障诊断的动态指标
（1）峰值 x p ：指信号可能出现的最大瞬时值 max x(t) 。 （2）均值 µ x 和绝对平均值 µ x ：均值是指信号幅值的算术平均值
∫ µ x
=
1 T
T
x(t)dt
0
∫ µ x
=1 T
T
x(t) dt
0
假如信号 x(t) 的离散值为 xi (i = 1,2,⋯, N ) ，则可得到均值和绝对平均值的一致
1
1.2 设备故障的信息获取和检测方法
1.2.1 设备故障信息的获取方法
监测对象 特征信信号息测取 征 兆信息提取 状 态状态诊断
故障情况
设整备、干控预制（、维诊修断、）调
决 决策形成策 状态趋势
图 1-1 设备诊断过程框图
1、直接观测法 2、参数测定法 3、磨损残余物的测定 4、设备性能指标的测定 1.2.2 设备故障的检测方法 1、振动和噪声的故障检测 （1）振动法：对机器主要部位的振动值如位移、速度、加速度、转速及相位 值等进行测定，与标准值进行比较，据此可以宏观地对机器的运行状况进行评定，
1
xi2 ] 2
i=1
（4）方差：方差的定义为
∫ σ
2 x
=
1 T
T 0
[
x(t
)
−
µ
x
]2
dt
∑ σ ˆ
2 x
=
1 N
N
(xi
i=1
2
− µˆ x )
（5）偏斜度和峭度：两者的数值可以如下确定
机械设备故障诊断技术及应用
第一章 绪 论
1.1 机械设备故障诊断技术的意义、目的和内容 设备诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局 部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。 机械设备故障诊断技术日益获得重视与发展的原因是，随着科学技术与生产 的发展，机械设备工作强度不断增大，生产效率、自动化程度越来越高，同时设 备更加复杂，各部分的关联愈加密切，往往某处微小故障就爆发链锁反应，导致 整个设备乃至与设备有关的环境遭受灾难性的毁坏。例如，1973 年美国三里岛核 电站堆芯损坏事故；1985 年美国航天飞机“挑战者号”的坠毁；1984 年印度博帕 尔市农药厂异氰酸甲酯毒气外泄事故；1986 年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故； 1986 年欧洲莱因河瑞士化学工业污染事故等。重要设备因事故停机造成的损失极 为严重；一个乙烯球罐停产一天，损失产值 500 万元，利润 200 万元；一台大型 化纤设备停产 1 小时，损失产值 80 万元。对大型汽轮发电机组进行振动监视，获 利与投资之比为 17：1。 设备诊断技术日益获得重视与发展的另一个重要原因是能改革维修体制，大 量节省维修费用。 日本有资料指出，采用诊断技术后，每年设备维修费减少 20%~50%，故障停 机减少 75%。 设备诊断技术包括以下 5 方面内容。 1、正确选择与测取设备有关状态的特征信号 2、正确地从特征信号中提取设备有关状态的有用信息 3、根据征兆正确地进行设备的状态诊断 4、根据征兆与状态正确地进行设备的状态分析 5、根据状态分析正确地作出决策
机械故障诊断技术手册
机械故障诊断技术手册第一章概述在现代社会中，机械设备的故障是一项常见的问题，它们给工作带来了不便和经济损失。
机械故障诊断技术的出现解决了这一问题，本手册旨在介绍机械故障诊断技术的原理、方法和应用。
第二章机械故障诊断技术的原理2.1 信号采集与处理原理2.1.1 传感器的类型与选择2.1.2 信号的采集与滤波2.1.3 信号的处理与分析2.2 特征提取与故障诊断原理2.2.1 特征提取方法2.2.2 特征评价与选择2.2.3 故障诊断原理与算法第三章机械故障诊断技术的方法3.1 振动信号分析法3.1.1 振动信号的采集与处理3.1.2 振动信号特征提取3.1.3 振动信号的故障诊断方法3.2 声音信号分析法3.2.1 声音信号的采集与处理3.2.2 声音信号特征提取3.2.3 声音信号的故障诊断方法3.3 温度与压力信号分析法3.3.1 温度与压力信号的采集与处理3.3.2 温度与压力信号特征提取3.3.3 温度与压力信号的故障诊断方法第四章机械故障诊断技术的应用4.1 电动机的故障诊断4.1.1 电动机故障的特征分析4.1.2 电动机故障的诊断方法4.1.3 电动机故障的解决措施4.2 轴承的故障诊断4.2.1 轴承故障的特征分析4.2.2 轴承故障的诊断方法4.2.3 轴承故障的解决措施4.3 齿轮箱的故障诊断4.3.1 齿轮箱故障的特征分析4.3.2 齿轮箱故障的诊断方法4.3.3 齿轮箱故障的解决措施第五章机械故障诊断技术的发展趋势5.1 大数据与机械故障诊断5.2 人工智能在机械故障诊断中的应用5.3 无人机技术在机械故障诊断中的应用结语机械故障诊断技术的发展为提高机械设备的可靠性和工作效率提供了有力支持。
本手册介绍了机械故障诊断技术的原理、方法和应用，并展望了未来的发展趋势。
希望本手册对需要进行机械故障诊断的工程师和技术人员有所帮助。
机械故障诊断技术1_绪论ppt课件
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精选PPT课件
故障诊断的基本方法
• 难易程度分类，可分为简易诊断法和精密诊断法。 • 按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为直
接观察法、振动噪声测试法、无损检测法、磨损 物测定法、机器性能参数测定法。
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精选PPT课件
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。
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精选PPT课件
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。
第一章 绪论
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精选PPT课件
在连续生产系统中，如果某台关键设备因故 障而不能继续运行，往往会涉及全厂生产系统设 备的运行，而造成巨大的经济损失。因此，对于 连续生产系统，例如电力系统的汽轮发电机组、 冶金过程及化工过程的关键设备等，故障诊断具 有极为重要的意义。
对于某些关键机床设备，因故障存在而导致 加工质量降低，使整个机器产品质量不能保证， 这时故障诊断技术也不容忽视。
《机械故障诊断学》研究生教学大纲-机电工程学院
研究生课程教学大纲课程编号：S292011课程名称：机械故障诊断学开课院系：机电工程学院任课教师：刘文艺先修课程：机械工程测试技术，信号处理适用学科范围：机械工程学时：36 学分：2开课学期：2 开课形式：讲授课程目的和基本要求：本课程的授课对象是机械设计制造及其自动化专业硕士研究生，属机械类专业的专业选修课。
开设本课程的目的是研究以振动、噪声测量为基础、以信号处理和分析为手段的机械设备状态监测、故障诊断和故障预测的理论、方法以及技术。
该课程研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。
在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。
课程主要内容：本课程主要介绍机械故障诊断的基础理论和工程应用，阐述机械动态信号数学变换的本质、物理意义和工程背景。
内容包括信号的时域分析、频域分析、时频域分析，基于小波变换和第二代小波变换、模型以及动力学机理的故障诊断方法，故障微弱信号的随机共振、循环平稳理论以及盲源分离诊断技术，智能诊断与状态评估、典型故障诊断系统、远程监测诊断系统以及故障诊断标准(振动与噪声)等。
通过课程的学习，旨在使学生理解和掌握机械监测诊断领域的基础理论和方法及系统深入的专门知识，提高独立解决工程实际中设备运行维护与维修问题的能力，培养学生的科研创新能力。
课程主要内容如下：第1章绪论机械故障诊断的课程概述、机械故障诊断的意义、机械故障诊断的国内外研究现状、基础和关键科学问题及发展趋势分析。
第2章特征信号检测信号分析基础、数据采集与数字信号处理、工程信号分析基础、信号处理方法。
第3章动态系统特性的时域分析随机过程的基本概念及其数字特征，线性时间序列模型分析及其应用，工况状态变化趋势性模型分析，时间序列的预报信号的典型时域分析方法如时域统计分析、相关分析知识介绍。
第4章动态系统特性的频谱分析周期信号的傅里叶级数及频谱，非周期信号的傅里叶变换原理，傅里叶变换的周期性与离散性，频谱分析和FFT算法、相干分析、频谱细化分析、倒频谱分析、信号调制与解调分析、全息谱理论和方法介绍。
机械故障诊断技术绪论
第1章机械故障诊断技术绪论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，直接影响到一个行业发展的各个层面。
现代工业生产，一旦因故障停机，损失将十分巨大。
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的发展。
1．1 机械故障诊断的基本概念、研究内容和分类1.1.1故障的定义和分类关于机械设备故障(Fault)这一概念，目前并没有一个严格、统一的定义。
基于不同的文献资料或不同的应用环境往往有不同的解释。
按照国标(GB3187-82)的规定，给定层次级上的子分系统的故障是指该子分系统“丧失规定的功能”，或者说，给定层次织上的子分系统的输出与所预期的输出不相符合。
按电子工业部部标(SJ-2166-82)的规定，所谓故障是指：（1）设备（系统）在规定条件下，不能完成规定的功能。
（2）设备（系统）在规定的条件下，一个或几个性能参数不能保持在规定的上下限值之间。
（3）设备系统在规定的应力范围内工作时，导致设备（系统）不能完成其功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等损坏状态。
另外，从设备维修的角度，故障被定义为：设备运行的功能失常，或者是设备的系统或局部的功能失效。
从诊断对象出发，故障又可以被认为是系统的观察（测）值与由系统的行为模型所得的预测值之间存在着矛盾。
依状态识别的观点，则定义设备的故障为其不正常状态。
也有的专家认为，设备故障是设备在运行过程中出现异常，不能达到预定的性能要求，或者表征其工作性能的参数超过某一规定界限，有可能使设备部分或全部丧失功能的现象。
美国《工程项目管理人员测试与诊断指南》(AD-A208917)把故障定义为“造成装置、组件或元件不能按规定方式工作的一种物理状态”。
在工程应用中，我们一般习惯于用机械设备的状态来定义故障。
机械故障诊断分析课件(第一章)
of
Science 9 and Technology
of
China
诊断：确定疾病和病因。 诊—状态检查(身体检查)； 断—故障确定(包括故障产生的原因)。
什么是故障？
设备功能失常(Malfunction)，一般是功能可以 恢复的，不是设备的损坏(Breakdown)。 不同的国家和组织有不同的定义。 (GB3187－82)规定：给定层次级上的子分系统 的故障是指该子分系统“丧失规定的功能”，或者 说，给定层次级上的子分系统的输出与所预期的 输出不相容。
机械故障诊断学 Mechanical Fault Diagnostics
教材：《设备状态监测与故障诊断技术》 陈克兴，李川奇 主编，科学技术文献出版社 参考书：《机械故障诊断学》 钟秉林，黄仁 主编，机械工业出版社
University Science 1 and Technology China
of
of of
§1.4 故障分类
目的：在于揭示故障的实质，以利于选择适合 的诊断方法。
特点：在一定条件下系统所发生的功能上 的故障，带有间断性。 治理：通过调整系统参数和运行参数，不 需要换零部件又可恢复原系统的正常功能。
暂时性故障 按设备工作状态 永久性故障
原因：是由某些零、部件损坏而引起的 治理：必须经过更换或修复后才能消除故 障。
Science 8 and Technology
of
China
§1.1 什么是故障诊断技术？
“诊断”一词来源于仿生学。早在公元前五世纪 的史书中就有中医的望、闻、问、切“四诊”的 记载。 中医诊断实质上利用病人外部的信息与内部信 息的关联性进行的。 这种利用外部的信息与内部信息的关联性对 现代设备诊断也有普遍的意义。
机械故障诊断理论与方法(教学1.01)ppt课件
四、机械故障诊断的发展趋势
• 机械设备状态监测与故障诊断
–是一门正在不断完善和发展的交叉型学科 –是一项与现代化工业大生产紧密相关的技术 –是机械学科领域的研究热点之一
• 故障诊断学科需解决的重要问题
–故障特征信息提取和故障分类、识别的新理论、新方法 –复杂故障产生机理及模型的深入研究 –故障诊断智能系统研究，包括诊断专家系统和 网络化
4. 按诊规工况诊断：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。
二、机械故障诊断及其分类
5. 按功能分
(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”。
(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。
(2) 巡回检测：就是每隔一定的时间对服役中的机械 系统进行检查和诊断；
二、机械故障诊断及其分类
3. 按提取信息的方式分
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。
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5．按功能分：
(1)简易诊断 对机械系统的状态作出相对粗略的判断。 一般利用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。
(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。 利用较完善的分析仪器或诊断装置，对设备进行 诊断，这种装置配有较完善的分析、诊断软件。
将会因这次意外所带来的疾病而死亡。
1986年1月28日“挑战者”航天飞机失事
价值12亿美元的航天 飞机顷刻化为乌有， 七名宇航员全部遇难
发射过程
事故原因
发射时气温过低，发 射台上已经结冰，造 成固定右副燃料舱的 O形环硬化，失效。
2003年2月13日“哥伦比亚”航天飞机失
事
外部燃料箱表面
泡沫材料安装过程
第一章 绪论
1．设备故障诊断的意义
随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，现代 设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程 度越来越高。由于许多无法避免的因素的影响，有时 设备会出现各种各样的故障，以致降低或失去其预定 的功能，甚至造成严重的以致灾难性的事故。例如， 1986年，前苏联切尔诺贝利核反应堆泄漏，死亡32人， 13.5万人被疏散；1986年，美国“挑战者”号航天飞机 失事，死亡7人，航天飞机爆炸，损失12亿美元。在我 国，1985年大同电厂和1988年秦岭电厂的200MW汽轮 发电机组的严重断轴毁机事件，都造成了巨大的经济 损失。
（3）按发生的快慢分：
①突发性故障：故障发生前无明显征兆，难 以通过早期试验或测试来预测。
②渐发性故障：设备在使用过程中零部件因 疲劳、腐蚀、磨损等而导致设备性能逐渐 下降，最终超出允许值而发生的故障。
（4）按发生的范围分 ： 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
因此，保证设备的安全运行，消除事故，是十分迫 切的问题。因设备故障而造成的严重事故，不但会造 成巨大的经济损失，而且还可能会造成很大的人员伤 亡和环境污染。
状态监测及故障诊断的重要意义
随着现代设备的日趋大型化、复杂化、 自动化和连续化，设备一旦发生故障，给生 产和质量以至人们的生命财产安全造成的影 响往往大得难以估算。 采煤机 运输设备 提升系统
（7）按故障相关性划分：
①相关故障：也称为间接故障，这种故障是 由于设备的其他部件所引起的。
②非相关故障：也称直接故障，这是因为零 部件本身直接因素引起的。
（8）按故障发生的时期划分：
①早期故障 ②使用期故障 ③后期故障
故障率
早早期期 磨合期
使使用用
后后期 期 使使用期用期
空难 2009年6月1日14时，法航空客A330起飞不
中存在的缺陷，一
块泡沫材料脱落击
中航天飞机左翼前
缘。当航天飞机返
回经过大气层时，
剧烈摩擦使温度高
达1400℃的空气冲
入左翼并融化了内
部结构
返航过程
状态监测与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。 其研究内容包括： 对机器运行现状的识别诊断 对其运行过程的监测 对其运行发展趋势的预测
设备诊断技术的最根本的ຫໍສະໝຸດ 务：通过测取设备的信息来识别设备的状态
正如对人体诊断一样，一是预防与保健，二 是看病与处置。
对于设备的诊断，一是防患于末然，早期诊 断【状态监测】；二是诊断故障，采取措施。
机械故障诊断可以分类如下：
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)巡回检测 就是每隔一定的时间对服役中的机 械系统进行检查和诊断。 (2)在线监测 就是连续地对服役中的机械系统进 行监测。
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。
(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。 4．按诊断时所要求的机械运行工况条件分：
久后与地面失去联系。机上228人全部遇难。
飞机残骸
切尔诺贝利核电站事故
乌克兰北部，1986年4月26日核电站的第4号 核反应堆在进行半烘烤实验中突然发生火 灾，引起爆炸，其辐射量相当于500颗美国 投在日本的原子弹。爆炸使机组被完全损 坏，8吨多强辐射物质泄露。
2005年一份国际原子能机构的报告认为直到 当时有300人丧生，并估计大约4000人最终
灾难
机械故障的分类
（1） 按发生的原因分： ①磨损性故障：机械系统因使用过程中的正
常磨损而引发的一类故障。 ②错用性故障：因使用不当而引发的故障。 ③先天性故障：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。
（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。 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。
设备诊断技术的目的是“保证可靠地、高效地发挥 设备应有的功能”。这包含了三点： 一、保证设备无故障，工作可靠； 二、保证物尽其用，设备要发挥其最大的效益； 三、保证设备在将有故障或已有故障时，能及 时诊断出来，正确地加以维修，以减少维修时间、 提高维修质量，节约维修费用，应使重要的设备能 按其状态进行维修（即视情维修或预知维修)，改革 目前按时维修的体制。
现代设备运行的安全性与可靠性取决于 两个方面：
一、设备设计与制造的各项技术指标的实 现；
二、设备安装、运行、管理维修和诊断措 施的实施。【避免故障、失效及损坏】
机械故障： 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。
失效与损坏是严重的故障。
故障。
（5）按发生的频次分：
①偶发性故障：发生频率很低的一类故障，即 “意外现象”。
②多发性故障：经常发生的一类故障。
（6） 按系统功能丧失的程度分：
①永久性故障：必须更换某些零件后，机器 才能恢复其功能。 ②非永久性故障：或称间断性故障，故障使 部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以 排除故障使机器恢复其全部功能。