机械故障诊断学第一章绪论
机械故障诊断第一章绪论
2. 正确地从特征信号中提取设备有关状态的 有用信息
一般来讲，从特征信号来直接判明设备状
态的有关情况，查明故障的有无，是比较难 的。例如，一般难于从结构的振动信号直接 判明结构有无裂纹，还需要根据振动理论、 信号分析理论、控制理论等提供的理论与方 法，加上试验研究，对特征信号加以处理， 提备取的有有用关的状信态息 。(称为征兆)，才Im 有Na 可og 能e 判明设
干预设备及其工作进程，以保证设备可靠、高效 地发挥其应有功能，达到设备诊断的目的。所谓干 预包括人为干预和自动干预，即包括调整、修理、 控制、自诊断等等。
实际上往往不能直接识别设备的状态，因此事先 要建立同状态一一对应的基准模式，由征兆作出的 判别准则。
状态监测是故障诊断的基础。设备诊断过程可以 说是设备的状态监测、分析与干预过程。
（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 2009年6月1日14时，法航空客A330起飞不
由此应指出，征兆既用于由外表现象推
断内部状态，此时可称为症侯；又用于由现 在现象推断未来状态，此时可称为预兆。状 态诊断既包括诊断设备是否将发生什么故障， 此即早期诊断，也包括诊断设备已发生什么 故障，此即故障诊断。
3. 根据征兆正确地进行设备的状态诊断 不能直接采用征兆来进行设备的故降诊断、
识别设备的状态。这时，可以采用多种的模式 识别理论与方法，对征兆加以处理，构成判别 准则，进行状态的识别与分类。
久后与地面失去联系。机上228人全部遇难。
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1_绪论ppt课件
6
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。
2
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
1
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。
机械故障诊断学教材
2）信号处理 排除干扰，提取最能反映设备状态的特 征参数的过程 最基本方法：时域分析法和频域分析法。
处理方法很多，各种滤波、包络线分析、 混沌、自适应等，可研究空间大
机械故障诊断学
第一章 概述
• 3）状态识别 将得到的诊断参数值与档案库里的标准值 进行比较，按一定判别准则对设备作出正常与否的判断
涉及模式识别、信息融合、人工智能等多 领域
机械故障诊断学
第一章 概述
四个基本环节：信息采集、分析处理（数据处理）和状态 识别（判断和预报）和诊断决策
机械故障诊断学
第一章 概述
• 1）信号采集 将最能表征设备运行状态的信息，用传感 器转变为电信号 传感器工作原理的分类物理传感器应用
的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸 缩现象，离化、极化、热电、光电、磁 电等效应。被测信号量的微小变化都将 转换成电信号。 化学传感器包括那些以 化学吸附、电化学反应等现象为因果关 系的传感器，被测信号量的微小变化也 将转换成电信号
机械故障诊断学
第一章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ概述
② 按故障表现分：功能故障和潜在故障
设备丧失了或明显降低了工作能 力，这类故障容易发现，操作者 能感受出来，有称为实际故障 与渐进性故障相联系，故障在功 能方面尚未表现出来，但已发展 到能鉴别的程度时，称其为潜在 故障，对其进行研究在机械故障 诊断中重要价值。
③ 按发生原因分：人为故障和自然故障
机械故障诊断学
第一章 概述
• ②按诊断时间分： 定期诊断 每隔一段时间如一周、一月或数月，对运行中的设备进
行一次检测诊断，也叫巡回检测诊断。
连续诊断 采用现代化仪表和计算机信息处理系统对设备的状态进
行连续不断的监测诊断。
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。
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灵敏
传感器
微积分 选频网络 度 调节
电池
机械故障诊断学第一章绪论
➢数据采集器外形和工作框图 数据采集器
电
时
池 管理环节 钟
放 显存接 大 示贮口
传
屏幕
感
器
打印机
计算机
存贮器
软件
计算机及外部设备
机械故障诊断学第一章绪论
➢计算机化的监测系统框图
监测仪表
来自传感器
适调 放大
切换 A/D 装置 变换器
计算机 软件
振动与噪声监测 通过振动大小及变化规律
温度监测
观察温度的大小及变化
油样分析
观察化学成分及磨粒形状
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
机械故障诊断学第一章绪论
故障的分类
➢按故障性质分类
人为故障
故
自然故障
障 率
%
Ⅰ——磨合期 Ⅱ——正常使用期 Ⅲ——耗损期
➢故障诊断 不仅要检查出设备是否正常，还要对 设备发生故障的部位、产生故障的原因、故障的 性质和程度给出深入的分析和判断。
➢状态检测与故障诊断关系 没有检测就没有诊断， 诊断是目的，检测是手段；检测是诊断的基础和 前提，诊断是检测的最终结果。
机械故障诊断学第一章绪论
1.2 故障诊断的意义和目的 故障诊断的意义
机械故障诊断学第一章绪论
➢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。
特点：在线监测，可以给出设备的当前状态，捕 捉突发故障并进行及时分析。
监控箱
计算机 记录、文件
机械故障诊断学第一章绪论
➢实时远程监测
充分挖掘和发挥网络信息交换、资源共享的优点，充分利用 科研院所的专家资源，实现“移动的是数据而不是人”，在网络 层面上实现故障信息的挖掘和故障类型的确诊。
★ 70年代英国机械保健中心成立，并用于核发 电、钢铁、电力等诊断
★ 71年日本开始发展自己的TPM（全员生产维 修）：钢铁、石油、化工、铁路
★ 进而欧美许多国家都在重视发展。如瑞典SPM
轴承监测、挪威船舶诊断、丹麦B&K的振动与
声发射诊断
机械故障诊断学第一章绪论
★1979年机械工业部在长春举办设备科长学习班
再见，see you again
2020/11/18
机械故障诊断学第一章绪论
机械故障诊断学第一章绪论
事后维修
优点：
不需要安排计划。 对一些设备，更换比修理更便宜。
缺点：
意外停机引起生产损失。 可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。
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预防维修
优点：
减少意外停机
缺点：
意外停机引起生产损失 过剩维修导致维修费用增加
机械故障诊断学第一章绪论
美国1980年税收总额 $7500亿，维修费为 $2460亿, 估计其中过剩维修费为 $750亿。
我国1987年国营公交企业40万个，固定资 产￥7000亿, 维修费约为固定资产的 3～5％。
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300MW发电机组 停产一天损失电720万kWh，约 ￥144万元
30万吨化肥装置 停产一天损失化肥1000t，约 ￥150万元
故障诊断
原因分析
缩小故障范围
维修
趋不
势 分
可 决策
析
尚 可
机械故障诊断学第一章绪论
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 程可以归纳为以下四个方面：
1、信号采集； 2、信号处理（特征提取） ； 3、状态识别； 4、诊断决策。
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➢状态检测 通过监视和测量设备或部件运行状态 信息和特征参数（例如振动、温度、压力等）， 并以此来判断其状态是否正常。
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➢故障诊断发展趋势
★分布式、网络化监测代替集中监测。 ★实时的在线监测替代定期监测和巡回监测。 ★以多参数、大容量替代单参数监测。 ★平稳运行监测到非平稳的状态监测发展。 ★基于信息集成、融合、信息分解、提纯等技术取代单 参数的阈值比较。
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演讲完毕，谢谢听讲!
★1983年在南京举办首届设备诊断技术专题座谈会
天津大学：1982年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、 切削过程等方面的诊断与监控技术
华中理工大学：汽轮发电机组诊断专家系统、钢丝 绳诊断系统
西安交通大学：旋转机械故障诊断RB—20，用于炼 油行业
国防科技大学：望远号远洋考察船的在线监控与故 障诊断系统
哈尔滨工业大学： 20万KW汽轮发电机组诊断
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➢ 保证设备精度，提高产品质量
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➢推动设备维修制度的改革
• 事后维修，故障维修 (Break down) 设备坏了后才去修理。
• 预防维修，定期维修(Preventive) 定期地检查和大修。
• 预知维修，视情维修 (Predictive) 周期或实时的监测，必要时才去维修。
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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
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➢测振表的外形和原理框图
输入 阻抗变换
前置放大
交流输出 直流输出 主放大 检波 指示
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图 浴盆曲线
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➢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
➢按故障造成的后果分类
轻微故障 一般故障 严重故障 恶性故障
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状态检测与故障诊断
开始 检测
正常 参数
提 取 征 兆
定期检 测
状态 检测
正 常
异 常
屏幕 打印机 存贮器
• 最简单的计算机化监测系统。 • 单一计算机完成数据采集、管理、数据分析、
人机对话等功能。
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➢监测和诊断仪器的分类和选用
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1.5 故障诊断技术的发展概况
★ 美国最早，1967年美国宇航局倡导成立了机 械故障预防小组（“MFPG”）
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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
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➢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
电器等。
★ 声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。 ★ 油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力
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。
第一章 绪 论
1.1 基本概念
故障的概念 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
机械故障诊断学第一章绪论
机械故障诊断主要是研究某一机械设备 在运行过程中动态性能的变化规律及其运行 状态的识别方法。
➢ 预防事故，保证人身和设备安全
转子事故
机械故障诊断学第一章绪论
现实生活和工业过程中恶性事故时有发生
透平机械事故
机械故障诊断学第一章绪论
现实生活和工业过程中恶性事故时有发生
水轮机事故
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1９８６年１月２８日 “挑战者”号爆炸
价值１２亿美元的航天飞机被炸成碎片， ７名机组人员全部遇难
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机械故障诊断学第一章绪论
目录
第一章 绪 论 第二章 信号分析方法及应用 第三章 故障诊断的标准 第四章 旋转机械的振动监测与诊断 第五章 滚动轴承的振动监测和诊断 第六章 齿轮箱的振动监测与诊断 第七章 油样分析方法 第八章 红外检测方法
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三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400 万元
机械故障诊断学第一章绪论
故障诊断的目的
“保证可靠地、高效地发挥设备应有的功能” 1、保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的检测维 修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜能，延长服 役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用； 2、能及时地、正确地对各种异常状态或故障状态作出 诊断，预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导， 提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障损 失降低到最低水平； 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。
远程计算机
局域网
现场工控机
现场工控机
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。。。。。现。 场工控机
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信号调理 信号调理 信号调理 信号调理 信号调理
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机组