故障基本概念

以σ表示广义的应力(如各种力、应力、变形、磨损量)，以[σ]表 示广义的许用应力。 则故障发生的判据为：σ>[σ]
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2．极限技术状态的确定
① 总结经验法：工作日记、故障报告、维修记录等 ② 生产试验法(现场试验) ③ 实验室研究：通过强化试验规范、减小试件尺寸，节约时
间和费用 ④ 理论计算：如计算裂纹扩展速率，预测使用寿命。
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Ff(1,2,3,...)
式中 F——某种故障类型； α1、α2…——各特征参量或故障原因。
功能诊断与运行诊断：功能诊断指对新安装或维修的设备进行检测诊断。运行 诊断是对正在服役 的设备进行检测诊断。
直接诊断与间接诊断：间接诊断是利用二次诊断信息，如利用轴承的支承油压 来判断轴的对中状况。
简易诊断与精密诊断：简易诊断判断是否失效，精密诊断还需要确定故障的 模式、严重程度、产生部位、原因等。
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4、故障的分类
1．按故障发生、发展的快慢分类
1）突发性故障
这种故障的发生具有偶然性，与使用时间的长短无关，不可预测， 发生前没有任何可察觉的征兆。例如电气系统的断路，操作人员的失 误等都会引起这类故障。
2）渐近性故障
大部分机械故障都是渐近性故障，这种故障是由于设备的技术指标逐 渐劣化（磨损、腐蚀、疲劳、老化等因素的影响），最终超出允许限 度而引起的。
1．状态监测：通过传感器采集机器运行中的各种信息，在信号处理系统中进行处理，得到能反映机器运 行状态的参数，实现对机器运行状态的监测。
2．状态识别：根据状态监测提供的特征参数，识别机器是否运转正常。 3．决策预防：对故障原因、部位和危害程度进行评价，决定修正和预防的方法。
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三、 故障诊断类型
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3．按故障发生的原因分类
1）人为故障 设备在制造或大修时，使用了不合格的零件，运行时不遵守操作 规程，以及运输、保管不当等原因，都会使设备出现故障，这种故障 称为人为故障。 2）自然故障 设备在使用和保存期间，由于受到外部和内部各种自然因素的影 响而引起的故障，都叫自然故障，如正常情况下的磨损、老化、腐蚀 等引起的故障都属这个范畴。
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五、 故障诊断设备
1．以监测仪表为主体的监测装置 由传感器和指示仪表构成，主要用于测振动。缺点：幅值监测不能动态过程特征； 强烈振动前，故障征兆不明显；仪表无分析功能，靠人工经验判断。
2．监测仪表配备软硬件装置 由传感器+频谱分析仪构成，具有频谱分析、轴心轨迹图等功能。缺点：不能自动 判断，诊断依赖于领域专家；不能预防突发性故障。
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五、 故障规律
• 故障规律指设备投入使用后，设备故障率与使用时间的关系。呈浴盆 曲线。 • 设备故障率：机械设备工作到t时刻不发生故障，而在下一个单位时 间内发生故障的概率。
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六、 故障的影响因素
1． 设计 2． 材质 3． 制造工艺 4． 装配调试：装配完成后进行跑合可明显提高寿命。 5． 运转维修：运转工况参数(载荷、速度、润滑条件等)，维 修制度是否合理
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2.2 故障诊断概述
一、故障诊断的作用
1) 保障设备安全，防止突发性故障。 2) 保证设备精度，提高产品质量。 3) 实施状态维修，节约维修费用。
维修方式分为：事后维修和预防维修(包括计划维修和状态维修) 4）防止故障重复发生。 5）提供技术改造、指定技术文件的依据。
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二、 故障诊断基本过程
纹 3．磨损：磨粒磨损、粘着磨损、点蚀、气蚀 4．畸变：过量变形 5．腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、冲刷腐蚀 6．其它：打滑、松脱(松动)、泄露、烧损等
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三、 故障产生的原因
1．产生原因 作用于产品的能量足够大，使输出参数超出允许的极限范围。
• 能量形式：机械能、热能、化学能、电能。 • 能量来源：周围环境作用的能量、机器工作过程的能量、制造过程在 机器中潜伏的能量、修理维护时作用时机器的能量。
障和失效在工程上常等同。 故障分析(失效分析)：分析故障原因，提出对策、预防方法。 故障诊断：监测、识别设备的状态，做出决策。 故障学：研究失效理论、故障诊断技术、预防工程
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二、 故障类型(故障模式)
1．断裂：韧性、脆性断裂、疲劳断裂 2．裂纹：铸造裂纹、锻造裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹、机加工裂
3．计算机辅助监测与诊断系统： 由传感器+接口装置+计算机(含人工智能技术)组成。可实时监测和自动诊断，是机 械工况监测与故障诊断的主要发展领域。
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2.3 故障特征参量
一、故障特征参量的定义
在机械故障诊断学领域，将对故障灵敏、稳定可靠的物理参量 称为故障特征参量。
机械系统的故障类型是千差万别的，与每一种故障类型相对应 ，机械系统必定会通过一个或多个物理参量将其表征出来，每 一种故障类型也必须由一种或多种原因所引起。也就是说，故 障表现与其特征参量和故障原因之间存在如下的对应关系：
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2．按故障的表现分类
1）功能故障（实际故障） 设备丧失了或明显降低了工作能力，叫功能故障。这类故障
容易发现，操作者能直接感受出来。
2）潜在故障 与渐近性故障相联系。虽然故障在功能方面尚未表现出来，但
已发展到能鉴别出来的程度时，就认为是一种故障现象，并称为潜 在故障，例如疲劳裂纹、密封件老化、零件磨损等。及时处理潜在 故障，防止发展成为功能故障，在机械使用过程中有着非常重要的 意义。
定期诊断与连续监测
在线诊断与离线诊断
常规工况诊断与特殊工况诊断：常规工况诊断在常规运行状况下监测，特殊工 况指机器启动、停机等工况。
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四、 故障诊断方法
按监测手段分： 振动监测诊断法、噪声监测诊断法、温度监测诊断法、声 发射监测诊断法、压力监测诊断法、油液监测诊断法等。
• 按诊断原理分： 频域诊断法、时域诊断法、统计分析法、信息理论分析法、 模式识别法、人工神经网络、专家系统等。
第2章 故障诊断的基本原理
2.1 故障基本概念 2.2 故障诊断概述 2.3 故障特征参量 2.4 故障诊断的思维方法 2.5 机车车辆故障诊断技术的应用与发展
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2.1 故障基本概念
一、 术语
失效(Failure)：产品丧失规定的功能 故障(Fault)：可修复的失效。可修复包含可能和值得两层意思。故