1 第一章 机械故障诊断的基本原理
数控机床故障诊断与维修教案
数控机床故障诊断与维修完整版教案第一章：数控机床概述1.1 数控机床的定义与发展历程1.2 数控机床的组成及工作原理1.3 数控机床的分类及应用领域1.4 数控机床的优缺点分析第二章：数控机床故障诊断与维修基本原理2.1 故障诊断与维修的概念2.2 故障诊断与维修的方法2.3 故障诊断与维修的一般流程2.4 故障诊断与维修的注意事项第三章：数控机床故障诊断与维修常用工具与设备3.1 测量工具与设备3.2 维修工具与设备3.3 故障诊断与维修软件及其应用3.4 安全防护设备及措施第四章：数控机床常见故障类型与诊断方法4.1 硬件故障与软件故障4.2 机械故障与电气故障4.3 故障诊断方法：直观诊断法、参数诊断法、信号诊断法、故障树分析法4.4 故障诊断实例分析第五章：数控机床主要部件的维护与维修5.1 数控装置的维护与维修5.2 伺服系统的维护与维修5.3 刀库与刀具系统的维护与维修5.4 数控机床导轨与丝杠的维护与维修第六章：数控机床的电气控制系统6.1 数控机床电气控制系统概述6.2 CNC装置的结构与功能6.3 伺服驱动系统的工作原理与维护6.4 数控机床电气故障诊断与维修第七章：PLC编程与故障诊断7.1 PLC概述及其在数控机床中的应用7.2 PLC编程基础与实例7.3 PLC故障诊断与维修方法7.4 PLC与数控机床故障案例分析第八章：数控机床的液压与气动系统8.1 数控机床液压系统的基本原理与结构8.2 数控机床气动系统的基本原理与结构8.3 液压与气动系统的维护与维修8.4 液压与气动系统的故障诊断与案例分析第九章：数控机床的冷却与润滑系统9.1 数控机床冷却系统的作用与结构9.2 冷却系统的维护与维修9.3 数控机床润滑系统的作用与结构9.4 润滑系统的维护与维修第十章：数控机床故障诊断与维修的综合实践10.1 故障诊断与维修的实践流程10.2 常见数控机床故障案例分析与维修方法10.3 故障诊断与维修的实训项目10.4 故障诊断与维修的技能考核与评价第十一章：数控机床维修案例分析11.1 数控机床维修案例的收集与整理11.2 故障现象的描述与原因分析11.3 维修方案的设计与实施11.4 维修效果的评估与总结第十二章：数控机床维修技术发展趋势12.1 数控机床技术发展的现状与趋势12.2 数控机床维修技术的发展方向12.3 先进维修理念与技术的应用12.4 维修技术培训与人才培育第十三章：数控机床的安全操作与维护13.1 数控机床安全操作规程13.2 数控机床的日常维护与保养13.3 安全防护设备的正确使用与维护13.4 事故预防与应急处理第十四章：数控机床维修成本控制与效益分析14.1 维修成本的构成与控制策略14.2 维修成本效益分析的方法与指标14.3 维修成本控制实例分析14.4 提高维修效益的途径与措施第十五章：数控机床故障诊断与维修的实训与考核15.1 实训项目的设计与实施15.2 实训过程中的指导与评价15.3 故障诊断与维修技能的考核方法至此，整个教案“数控机床故障诊断与维修完整版教案”已完成。
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。
机电设备故障诊断与维修第一章PPT课件
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第五节 设备维修与保养
5 ．2设备维护保养的要求
通过擦拭、润滑、调整等一般方法对设备进行护理，以保持设备 的性能和技术状态，称为设备维护保养。主要有以下四项。
主讲：施 懿 老师
2020/3/21
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本课程的研究内容
本课程是研究机电设备的故障产生规律及其诊断与维修的实用技术 的一门课程，是机电类专业特别是机电一体化、机电设备使用与维 修、工程机械等专业的重要的专业课之一。
目前，机电液设备（以后简称机电设备）及生产线日益增多，工程 机械、航天航空、治金、建筑、机床、农业、石油电力、食品化工 等领域都有大量起关键作用的机电设备。
以排除的故障，如传动带断裂、操作手柄损坏、电气开关损坏、 轻微渗漏和一般紧固件松动等 此外，故障按其表现形式分为功能故和潜在故障；按其形成的时 间分为早期故障、随时间变化的故障和随机故障等
2020/3/21
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第四节 故障的规律
1 ．可靠性：已从一个模糊的定性概念发展为以概率论及数理 统计为基础的定量概念。可靠性的特征量有可靠度、失效率、 平均故障间隔时间、故障率、平均寿命、有效度等。一个特征 量表示可靠性的某一个特征方面。
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第五节 设备维修与保养
3、维修的步骤 （1）研究设备的图纸资料，了解设备的使用情况 （2）熟悉设备的组成、原理和特点 （3）使用工具仪器，用相应的故障诊断技术诊断出故障部位，分
析故障产生的原因。 （4）用相关修复技术进行修理，或更换有关零件，恢复设备性能。 （5）进行空载加载调试。 （6）检验、验收并交付使用。
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。
机械故障诊断及其维修
机械故障诊断及其维修第一章1.故障的定义产品丧失规定的功能称为失效，对可修复的产品也称为故障。
2.故障的分类1. 按故障形成的时间规律分类（1）渐发性故障（磨损故障）（2）突发性故障2. 按故障因果关系分类（1）功能故障：指一个产品不能满足规定性能标准的现象。
①完全丧失功能。
②达不到规定的性能水平。
（2）潜在故障：是一种能指示功能故障即将发生的可以鉴别的实际状态。
3. 按故障影响后果分类汽车故障分类：致命故障严重故障一般故障轻微故障。
3.造成故障的结构因素1. 机械结构因素（1）连接件配合性质的破坏①动配合件间隙的增大。
②静配合件的减弱。
（2）零件间相互位置关系的破坏由于零件的磨损或变形造成：①零件本身各工作面之间相互关系破坏。
②不同零件之间相互关系破坏。
（3）机构工作协调性的破坏2. 导致结构因素改变的能量因素能量因素导致零件出现缺陷，零件缺陷导致机器故障。
①周围介质能量：环境、负荷，与操作有关。
②机器运行的内部能量：热能、动能。
③材料潜伏能量：内应力，与制造、装配有关。
4.可靠性、无故障性、耐久性的定义可靠性：机械产品在规定的条件下，在规定的时间内，无故障地完成其规定功能的能力。
无故障性——产品在一定时间内连续不断地保持工作能力的性能。
耐久性——产品在达到报废之前（使用期间按规定进行维修），保持其工作能力的性能。
5.维修的概念对于可修复产品，从寻找、发现故障部位起，到修理、安装、调整、复原、试验、恢复正常工作状态的全过程。
6.可靠性设计和最佳可靠度可靠性设计：从经济观点在可靠性和维修性之间求平衡，获得最佳可靠度。
制造费用与维修费用之和的最小值所对应的R(t) 即为最佳R(t)。
7.磨损的概念故障表现形式：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀等。
磨损：机械设备在工作过程中，相对运动零件的表面上发生尺寸、形状、表面质量变化的现象。
8.磨料磨损的概念磨料磨损：由于摩擦副的一个表面存在硬的凸起部分，或者两个表面之间存在硬质颗粒，在发生相对运动时，表面被挤压或刮削而破坏。
《机械故障诊断》考试试卷(附答案)
《机械故障诊断》考试试卷（A卷）一、填空（每空1分，共10分）1、设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的3项基础技术。
2、设备诊断技术是依靠传感技术和在线检测技术进行分析处理，机械故障诊断实质是利用运行中各个零部件的二_次效应，由现象判本质进行诊断。
3、ISO标准属于绝对判断标准。
4、固有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。
5、一般地，可用啮合频率与其周围边带频的幅值差来指示齿轮的好坏。
、6、振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息，振动诊断的任务从某种意义上讲，就是读谱图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释。
7、安装加速度传感器时，在安装面上涂一层硅脂的目的是__增加不平整安装表面的连接可靠性____________ 。
8、滚动轴承的振动诊断方法包括有效值和峰值判别法、峰值因数法、概率密度分析法（用峭度衡量）等。
二、单项选择（每题2分，共10分）1、设备故障诊断未来的发展方向是（d ) A感性阶段B量化阶段C诊断阶段D 人工智能和网络化2、（a )是目前所有故障诊断技术中应用最广泛也是最成功的诊断方法。
A振动诊断B温度诊断C声学诊断D光学诊断3、对于润滑油液的分析属于（c ) A.直接观测法B参数测定法C.磨损残渣测定法D .设备性能指标测定4、一台机器设备在运转过程中会产生各种频率项，但不包括下述的（a) A旋转频率项B常数频率项C齿轮频率项D 变量频率项5、 .仅需在一个修正面内放置平衡重量的是a。
A.力不平衡B .力偶不平衡C.动不平衡D .悬臂转子不平衡三、判断题（每题 2分，共10分）1、一般说来，设备的故障和征兆之间不存在一一对应的关系。
（V)2、数字化网络监测是离线监测的发展趋势。
（X )3、超声波诊断方法中包括超声波测厚技术。
（V)4、利用声响判断物品的质量是人们常用的简易方法。
（V)5、膨胀式温度计里面包括有水银温度计。
第一章机电设备维修与故障诊断
1.3 数控机床维修的方法与步骤
例4：替换法
在机床的运行过程中，X轴运行正常，Z轴出现故障，并且报跟踪误 差过大，图a是正常时的接线图，为了判断具体故障原因，进行如图 b对调现在运行系统，（1）如果此时X轴不能正常运行，Z轴能正常 运行可以得出什么结论？（2）如果对调后，Z轴依然有故障，说明 什么？（3）如果判断故障不是出现在数控系统上，进行如图c对调 现在运行系统，此时如果X轴不能正常运行，Z轴能正常运行，可以 得出什么结论？
1.1 数控机床维修与调试的意义
1.1.1 数控机床维修与调试的必要性
数控机床是集光、机、电、气、液、信息处理等为一体的复 杂而庞大的系统，包括数控系统、伺服系统、可编程控制器、 精密机械、模拟、数字、电力电子、电机拖动、液压与气动、 传感器与检测、网络通信等技术。数控机床具有高精度、高 效率、高适应性的特点，适用于多品种、中小批量精密复杂 零件的加工。
(3)专家诊断系统 专家诊断系统又称智能诊断系统。它将专业技术人员、专家
的知识和维修技术人员的经验整理出来，运用推理的方法编 制成计算机故障诊断程序库。专家诊断系统主要包括知识库 和推理机两部分。
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1.3 数控机床维修的方法与步骤
(4)神经网络诊断
神经网络理论是在现代神经科 学研究成果的基础上发展起来的， 神经网络由许多并行的功能单元 组成，这些单元类似于生物神经 系统的单元，神经网络反映了人 脑功能的若干特性，是一种抽象 的数学模型，神经网络的特点是 信息的分布式存储和并行协同处 理，它有很强的容错性和适应性， 善于联想、综合和推广。
机械故障诊断概述ppt课件
机械设备状态监测与故障诊断技术在满足上述这些要求中，扮演着越来越重要的角色； 机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域 也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分 机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位 我国已将设备诊断技术、修复技术和润滑技术列为设备管理和维修工作的三项基础技术
（8）按故障发生的时期划分
早期故障
使用期故障
后期故障
机械故障的分类
岁轨述鄂瓤品剩朴浅删页渴祟弗中蛹竣询责绚落挖礁脾梭腕蝎列快答太斋机械故障诊断概述机械故障诊断概述
机械设备诊断技术的分类
1.1 机械设备故障诊断技术的意义、 目的和内容
◇按诊断对象分：
旋转机械诊断技术 往复机械诊断技术 工程结构诊断技术 运载器和装置诊断技术 通信系统诊断技术 工艺流程诊断技术
机械设备诊断技术的分类
1.1 机械设备故障诊断技术的意义、 目的和内容
扭牙汉劲存井烃谚渝哗鸡它褂宜投仗朽常套换邻懒呻挑社闸悦低掘村丽惑机械故障诊断概述机械故障诊断概述
设备故障诊断的基本方法
1.1 机械设备故障诊断技术的意义、 目的和内容
（1）传统的故障诊断方法
首先是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。 其次，利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法，以旋转机械为例，振动及其频谱特性的征兆是最能反映故障特点、最有利于进行故障诊断的手段。
抚群版我竿替蹄掉诌牡逗嘲尤神井柄技扳衔唁嘻递密乞痰晦殿盔痔控歹鼎机械故障诊断概述机械故障诊断概述
机械设备状态监测与故障诊断技术
（大、中、小修 ） 不足维修——新故障和潜在的故障因素
路漫漫其悠远
机械设备状态监测与故障诊断技术
第一章 概 述
2.2重要缺陷—传统的检修方式对于故障的寻找往往需要
对设备的大拆大卸才能实现，检修周期长，且检修后，设备
机械设备状态监测与故 障诊断技术
路漫漫其悠远
2020/11/18
机械设备状态监测与故障诊断技术
第一章 概述
近些年来，设备状态监测与故障诊断逐渐进入工程应用 阶段，技术日趋成熟，应用范围日趋广泛，成为现代设备维 护技术的一个重要组成部分。
一、实施设备状态监测与故障诊断的意义
1.机械设备维护的基本任务：对设备进行合理的技术维护、 及时发现异常和故障、适时采取检修措施以最大限度保证其 正常运行。 2.传统的机械设备维护方法——一定意义上的经验维护法 特点：具有相当的局限性，往往依靠人的眼看、耳听、手摸 等感观手段获取某种信息继而凭借过去的经验来加以判断。
路漫漫其悠远
齿轮座受倾翻力矩作用
机械设备状态监测与故障诊断技术
机械振动及设备故障诊断方向
轧机主传动系统故障诊断
a. 咬入
路漫漫其悠远
c.抛出
齿轮座振动纪录曲线机械设备状态监测与故障诊断技术
机械振动及设备故障诊断方向
小波分析在故障诊断中的应用
小波具有时频“聚焦”特性 高斯小波—最大熵谱分析 小波分析—AR谱 实现微弱故障诊断信号分离和提取，发现早期故障 R1减速机高速轴工作侧轴承保持架不平衡产生的故障频率 计算值3.19HZ 故障：该轴承保持架不平衡
§ 有限元计算：两向受力，一向受压，等效应力最大
机械故障诊断
第一章浴盆曲线设备维修工程中根据统计得出一般机械设备劣化进程的规律，由于曲线的形状类似浴盆的剖面线。
取浴盆曲线的一半叫劣化曲线劣化曲线绿区，浴盆曲线II阶段良好状态。
黄区，浴盆曲线III阶段警戒注意状态。
红区，浴盆曲线III阶段机器处于严重或危险状态，准备随时停机。
基本方法简易，精密诊断法，直接观察，噪声测定，无损检测，磨损残余物测定，机器性能参数测定法1、故障诊断的基础是建立在能量耗散的原理上2、按故障诊断方法的难易程度分：简易，精密诊断法按机械故障诊断的测试手段分为：直接观察，噪声测定，无损检测，磨损残余物测定，机器性能参数测定法3、机械故障诊断包含那几个方面：运行状态的监测，设备运行状态的趋势预报，故障类型、程度、部位、原因的确定第二章低频：主要测量的振幅是位移量，这是因为在低频范围造成破坏的主要原因是应力的强度，位移量是与应力、应变直接相关的参数。
中频：速度量，因为振动部件的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度成正比。
高频：加速度，表征振动部件所受冲击力的强度，冲击力的大小与冲击的频率与加速度值成正比。
2-4振动三要素：振幅，频率，相位2-1、按动力学特征，机械振动分为：自由振动与固有振动（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，是物体本身固有的频率），强迫振动和共振（1、物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态频率与激励力频率相等。
2、振幅B的大小与激励力大小成正比、与刚度成反比，还与频率比、阻尼比有关。
3、物体位移达到最大值的时间与激振力达到最大值的时间是不同的，两者之间存在一个相位差。
），自激振动2-2、机械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，是物体本身固有的2-3 在非线性机械系统内，由非振荡能量转变为振荡激励所产生的振荡称为自激振动。
2-5机械故障诊断技术的应用分为事故前预防和事故后预防2-8强迫振动的特点：强迫振动过程不仅与激振力的性质（激励频率与振幅）有关。
机械故障诊断学1-1机械故障诊断的基本原理-故障诊断的一般方法
探求现象间的因果关系，首先要确定可能的原因或结果，然 后从可能的原因或结果中进行比较，删除虚假成分，找出真 正的原因或结果。
传统的求因果关系的五种逻辑推理方法（穆勒五法）,都是 根据某个现象与另一个现象在某些场合下所显示的对应关系， 从而概括出一般性的结论，以断定它们之间是否存在必然的 因果关系。
机械故障诊断还可根据所采用的技术手段不同而分为 振动诊断、油样分析、温度监测、无损检测等
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
(或结果)，即:
-------------------------------------------------------------
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。
三、机械故障诊断的基本环节
基本环节3： 测试、分析及信息提取
主要内容：对测试系统所获得的信号进行加工，包括滤波、 异常数据剔除、各种分析算法（如时域、频域）等。
主要目的： 从有限的信号中获得尽可能多的关于被诊断 对象状态的有用信息，这是机械故障诊断的核心。
基本环节4：状态诊断、监测及预报
主要内容：构造或选定判据，确定划分设备状态的各有关 参量的门槛值等内容。
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—第一章绪论
总起来说，设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行， 又要获取更大的经济效益和社会效益。
3．故障增加的原因，以及设备故障诊断所要解 决的问题
（1）现代生产设备向大型化、连续化、快速化和自动 化方向发展，一方面提高了生产率，降低了成本，节 约了能源和人力；但另一方面，由于设备故障率的增 加和因设备故障停工而造成的损失却成十倍，甚至成 百倍地增大。维修费用也大幅度增加。
（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
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。
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
第一章 故障理论概述
2．负指数型 又称渐减型。由于使用了质量粗劣的零件，或制造中
工艺疏忽，或装配质量不高，还有设计、保管、运输 、操作等方面的原因，使机械设备投人运转的初期故 障率很高早期故障期。随着时间的推移，经过运转、 磨合、调整，故障逐个暴露，排除后，故障率由高逐 渐降低，并趋于稳定，成为负指数型故障率曲线，如 图1—3所示。
3．一般故障 明显影响机械设备正常使用，在较短的有效时间 内可以排除的故障。例如传动带断裂、操纵手柄 损坏、板金件开裂或开焊、电器开关损坏等。 4．轻度故障 轻度影响机械设备正常使用，能在日常保养中用 随机工具轻易排除的故障。如轻微渗漏、一般紧 固件松动等。
第二节 故障特征量的描述
（一）故障统计分析 1、特点： 故障统计分析可以对机械设备的结局作出规 律性的大致描述，提供信息，反映主要故障 问题，但不能揭示事物的根本性质。 2、组成： 故障统计分析包括故障的分类、故障分布和 特征量，故障的逻辑决断等
（二）故障物理分析 1、内容 以机械设备在各种不同使用条件下发生的各 种故障为研究对象，用先进的测试技术和理化 方法．从微观和亚微观的角度分析研究故障从 发生、发展到形成的过程，故障的机理、形态 、规律及其影响因素。
3．制造质量 零件在铸、锻、焊、热处理和切削加工过程中积累了 应力集中、局部和微观的金相组织缺陷、微观裂纹等 。这些缺陷往往在工序检验时容易被疏忽。零件制造 质量不能满足要求是机械设备寿命不长的重要原因。 4．装配质量 首先要有正确的配合要求，配合间隙的极限值包括装 配后经过磨合的初始间隙。初始间隙过大，有效寿命 期就会缩短。装配中各零部件之间的相互位置精度也 很重要，若达不到要求，会引起附加应力等后果，加 速失效。
四、分类 临时性故障 永久性故障
机械故障诊断技术
3、有的仪器可分为几个频率档可分别读值， 也可同时进行若干个频率档分析。 二、声级计 机械运转是会产生：振动和噪声。 声级计是测量噪声的专用分析仪器。 一般使用电容式传声器，经放大及计权后可读出声压 级的大小。 存在的问题：1、存在背景噪声的干扰；2、虽然能进 行倍频程分析，但由于产生噪声的零件多、传输途径 复杂，很难确定产生故障的零件部位。 三、温度计 温度仪、红外线测温仪、温度传感器、温度监测系统
曲线)
浴盆曲线沿时间轴分为三部分:
Ⅰ 磨合期,表示新机器的跑合阶段,故障率较高;
Ⅱ 正常使用期,表示机器经跑合后处于稳定阶段, 故障率最低;
Ⅲ 耗损期,表示机器由于磨损、疲劳、腐蚀等已 处于老年阶段，故障率逐步上升。
一般现场设备都处于Ⅱ、Ⅲ阶段，可取浴盆曲 线的一半，称为劣化曲线。 劣化曲线沿纵轴可分为三个阶段： 绿区（G） 包括浴盆曲线的正常使用阶段， 故障率最低，它表示机器处于良好状态； 黄区（Y） 包括浴盆曲线Ⅲ区的初始阶段， 故障率已有升高的趋势，表示机器处于注意状态；
第五节、旋转机械转子现场平衡技术
第三节、旋转机械故障的简易诊断法
简易诊断方法 是采用便携式测 振仪采集信号，并由信号的某些参数或 统计量构成诊断指标，由此来判定设备 的运行状态是否正常。 简易诊断方法 主要用于设备 状态监测，作为精密诊断的基础。 特点：简单易行、投资少、见效快； 但功能受限制，只能解决故障诊断的初 步分类（初级阶段）。
设备监测与诊断过程
设备监测与诊断过程如框图所示：
故障模拟 信号检测 特征提取 各种样板模式
典型故障
信号检测
故障信号
特征提取
故障档案库
状态模式 待检模式
设备
机械故障诊断技术
当诊断一台设备的故障部位和 原因时，往往需要综合的运用 多种检测方法。在判定前，要 列举各种可能及该可能的特征 参数值，再与检测得到的数据 进行对比验证，将对比不相符 合的可能排除，剩下相符的可 能，即为设备的故障部位和原 因。这就是故障诊断中所普遍 使用的——排除法。
1
小结 2
第1章 思考题
故障诊断的基础是建立在___________ 原理上的。
劣化曲线沿纵轴分成的三个区间分别是什么？代表什么意义？
01 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。
02 (能量参数：电压及电流、压力及流量等）
1.1 设备的 寿命及劣化
曲线
一．浴盆曲线
浴盆曲线：设备维修工程中，根据统计得出 的一般机械设备劣化进程规律曲线。由于曲 线的形状类似浴盆的剖面线，因此称为浴盆 曲线。
设备的寿命曲 线（浴盆曲线）
故 障 率
Ⅰ——磨合期 Ⅱ——正常使用期 Ⅲ——耗损期
%
，观测特征频率的振动幅值变化，可以了解该零部件的运动状态和劣化程度。（
振动法，由于不受背景噪声干扰的影响，使信号处理比较容易，因此应用更加普
遍。）
5.无损检测 法
无损检测是一种从材料和产品的无损检测技 术中发展起来的方法，它是在不破坏材料表 面及内部结构的情况下检测机械零部件缺陷 的方法。它使用的手段包括超声、红外、x射 线、γ射线、声发射、磁粉 探伤、渗透染 色等。
机械零部件故障分析
●04
第四章 机械零部件故障预防 与处理
定期保养与检查
定期保养
定期检查润滑油是否充足，保 持机械零部件在良好润滑状态。 清洁机械设备表面，防止灰尘 积累影响正常运转。 检查紧固件是否松动，确保零 部件连定接期牢检固查。
检查传动系统，确认皮带或链条无 磨损或断裂现象。 测量机械零部件的工作温度，确保 不超出额定范围。 检查传感器和控制器，确保信号传 输正常。
01 故障排除，恢复设备正常运行
案例二
02 重新组装，测试正常
03
●05
第五章 机械零部件故障案例 分析实战
故障排查实操
实操案例分析
深入分析不同机械零部件故障 案例，探究问题根源 通过操作实操，加深对故障排 查的理解
故障分析方法
掌握常见的故障分析方法与步骤 分析案例中的故障现象与原因
操作技巧
学习故障排查的实际操作技巧 提高问题解决的效率与准确性
提高设备可靠性 减少故障发生
故障预防工作 提高设备可靠性
案例分析与实践
通过实际案例的分析和实践操作，工程师可以 加深对机械零部件故障分析方法的理解和掌握， 提高故障分析的准确性和效率。实践操作能够 让工程师更好地应用知识，积累经验，从而更 好地解决实际工程中遇到的问题。
案例分析与实践
加深理解
01 通过实际案例分析
读者 感谢广大读者的支持和关注 希望本书对你们有所帮助
展望未来 期待机械零部件故障分析领域的进 一步发展 共同促进行业的繁荣
感恩之情
感谢每一位为机械维护事业辛勤工 作的人 愿我们的努力成就更美好的未来
THANKS
感谢观看
传动系统故障案例分析要点
润滑不良 导致传动系统摩擦增大
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。
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第三节 机械故障诊断的一般思维方法
系统顶事件的状态如用φ来表示，则φ必然 12 2, , n) 的函数 是底事件状态 xi (i 1,
( x1 , x2 , , xn )
同时
1, 当顶事件发生时 ( x) 0， 当顶事件不发生时
定义为故障树的结构函数
( x)
第二节 故障特征参量
三、故障特征参量的选定方法
不同故障，特征参量不同 同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同
故障特征参量一般通过理论分析和实验的方 法来确定。
第一章 机械故障诊断的基本原理
第二节
机械故障诊断的一般思维方法
与传统的诊断手段相对应的识别理论只能 借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现 代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式 识别以及模糊诊断等多种识别理论。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 几个逻辑的概念 1．原因与结果 引起某现象产生的现象叫做原因，由另一 现象引起的现象叫结果。 2．因果关系的特性 (1)因果关系的相对性 (2)因果关系的确定性 (3)因果关系的普遍性
首先确定可能的原因或结果 从可能的原因或结果中进行比较删除虚假成 分，找出真正的原因或结果。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
故障树分析法的过程： 把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故 障分析的目标，然后找到直接导致这一故障发生的 全部因素，再找出造成这些全部因素中的每一个因 素发生的全部直接因素，一直追查到那些原始的， 其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究 的因素为止。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做 事件。 如果系统或元件按规定要求(规定的条件 和时间)完成其功能则称为正常事件； 如果系统或元件不能够按规定要求完成指 定的功能，或者其功能完成不准确，则称作 故障事件。 通常引起故障事件的原因有：硬件失效， 软件错误，环境条件影响以及人为因素等。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
系统故障 或门 部件A故障 或门 元件1故障 元件2故障 元件3故障 部件B故障 与门 元件4故障
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
2．故障树分析法的特点 优点 优点： (1)直观、形象 (2)灵活、多用途 (3)多目标、可计算 缺点： 理论性较强，逻辑性较严密，因此要求分析人 员对所研究的对象(系统或设备)必须有透彻的了 解，还应具有比较丰富的设计和运行经验。
(2)差异法(求异法) 场合
1
先行（或后行）情况
被研究现象
A、B、C a 2 -、B、C 结论 情况 是现象 的原因（结果） 结论：情况A是现象a的原因（结果）
在故障分析时，形成上述差异场合的方法有轮流 切换法和换件比较法。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
轮流切换法： 场合 先行（或后行）情况 被研究现象
含
n
义
逻 辑 门 符 号
与门 Z xi
i 1
n
xx x
1 2
Z
或门
xx
1 2
x Z
Z xi
i 1
n
n
非门
x
Zx
建立故障树的主要步骤： (1)确定顶事件
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
①要有明确的定义 ①要有明确的定义； ②要能进行分解， ③要能度量以便于定量分析 (2)建立边界条件，简化建树工作 。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 二、故障树分析法(FTA)
故障树分析法(FTA，Fault Tree Analysis)， 简称FTA，是一种将系统故障形成的原因由总体至局 部按树状结构进行逐级细化的分析方法，是一种针 对某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎 推理方法。 故障树分析法的作用：是对复杂的动态系统设计 、工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性分析的 工具，其目的是要判明基本故障、确定故障的原因 、影响和发生概率。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 6．故障树与结构函数
考虑一个由N件，记作T，系统中各部件失效则 称为底事件。假设系统和部件均只有失效和正常两 种状态，则底事件可以定义如下：
1， 当第i个底事件发生时（故障） xi 当第i个底事件不发生时（正常) 0，当第 i 1, 2, , n
1 2 3
、B、C、D 、D、E、F 、C、D、F
负 事 例
组 结论：情况A是现象a的原因（结果） 正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠 负事例组的各个场合应选择与正事例组场合较好 相似的来比较，因为负事例的场合是无限多的
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
(4)共变法 场合 先行（或后行）情况 被研究现象
本节讨论： 逻辑推理 故障树分析
第三节 机械故障诊断的一般思维方法 一、形式逻辑推理 可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：
① 调研考察，得出故障现象； ② 假设原因； ③ 由假设原因推断出应有的结果； ④ 将推断结果与考察所得的现象进行比较； ⑤ 得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立， 则需另立假设。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
(3)契合差异并用法(求同求异法) 场合
1 2 3
先行（或后行）情况
A、B、C、D A、E、F、G A、C、D、F
被研究现象
a a a 正 事 例 组
结论：情况A是现象a的原因（结果）
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
场合 先行（或后行）情况 被研究现象
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
3．逻辑推理方法 (1)契合法(求同法) 场合 先行（或后行）情况 被研究现象 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 A、F、G a 结论：情况 是现象 的原因（结果） 结论：情况A是现象a的原因（结果）
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
机械故障诊断
第一章
§1.1 §1.2
机械故障诊断的基本原理
故障特征参量 机械故障诊断的一般思维方法
第一章 机械故障诊断的基本原理
第 第一节
故障 故障特征参量 参
一、故障特征参量的定义
对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是： ①这种故障通过哪些物理量表现出来； ②各物理参量与故障间的关系强弱情况如何。 只有那些与某种故障类型之间的关系密切、 对故障灵敏可靠的物理参量才被用于故障的诊断 。 在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳 定可靠的物理量称为故障特征参量。
(1)基本逻辑关系
两个变量的基本逻辑关系
逻辑关系 表达式 逻辑非 逻辑与 逻辑或 蕴涵 同一 含义 没有 x1 其它表示方法
x1 与 x2 x1 x2 x1 x2 x1 x2 x1 或x2 或两者 x1 x2 x1 x2 x1 x2 有x1 必有 x2 x1 x2 , x1 x2 , x1 x2 x1 x2 x1 , x2同有同无 x1 x2 x1 x2 x1 x2
对于同一种故障类型，当它们发生在不 同的机械系统上时，其故障特征参量也不 同，因此，在确定某种故障的特征参量 时，应结合具体的系统进行。
井下风机轴承故障
第二节 故障特征参量 二、故障特征参量的选取原则
1、高度敏感性 机械系统状态的微弱变化应引起故障特征参量的 较大变化。 2、高度可靠性 故障特征参量是依赖于机械系统的状态变化而变化 的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取 作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变 量的单值函数。 3、实用性（或可实现性） 故障特征参量应是便于 检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏， 但这个参量不易获得(经济的、技术方面的考虑)， 那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。
“与门 与门”故障树 故障树
( x)＝ xi
i 1 n
“或门”故障树
( x)＝ xi
i 1
n
( x)＝ xi 1 (1 xi )
i 1 i 1
n
n
T
x
“非门”故障树
( x) 1 x
故障树的简化
在分析系统故障时 最初建立的故障 在分析系统故障时，最初建立的故障 树往往并不是最简的，可以对它进行简化。 树往往并不是最简的，可以对它进行简化 最经常采用的简化方法是借助逻辑代数的 逻辑法则进行简化。
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意： ①必须确认复杂现象的一部分(a、b、c)是某些情 况(A、B、C)引起的，而剩余部分(d)不可能是这些 情况(A、B、C)引起的； ②复杂现象剩余部分的原因(D)，不一定是个单 一的情况，还可能是个复杂的情况。实际上多层次 、多原因的复杂故障树正是描述这种逻辑关系的。
故障树的边界条件应包括： ①初始状态 ②不容许事件 ③不可能事件 ④必然事件 ⑤事件概率 (3)构建故障树
第三节 机械故障诊断的一般思维方法
如图所示油泵驱动电路，系统故障为不供油。 已知：电动机故障率0.001 0 001，油泵故障率为 油泵故障率为0。
油泵驱动电路 E 蓄电池 K1 手动开关 K2 电磁开 关 M 电动机（24V） P 油泵
第二节 故障特征参量
故障表现与特征参量和故障原因之间存在 如下的对应关系：
F f (1 , 2 ,)
式中
F －某种故障类型 ； 1 , 2 , －各种特征参量或故障原因
故障诊断就是确定F与 1 , 2 , 之间的某种 对应关系f，以便通过检测 1 , 2 , 来判断故障 类型F是否发生，或在已知F 发生的情况下去查明 造成F的原因 1 , 2 , 等。
x1 x1 x2
cx1
， x
1
'
两个变量逻辑运算的真值表
x1 x2
0 0 1 1 0 1 0 1
1 2 3
A、B、C A、-、C A、B、-