机械设备状态检测与故障诊断作业习题答案

1.简述设备故障诊断的目的和任务答：目的：①能及时的、正确的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，提高设备的可靠性、安全性和有效性，把故障降低到最低水平②保证设备发挥最大的设计压力③通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构改造、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息任务：①状态监测②故障诊断③指导设备的管理维修2.简述设备故障诊断技术的定义、容、类型和方法答：定义：在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，判定产生故障的部位和原因，以及预测预报设备状态的技术容：设备故障诊断的容包括状态监测、分析诊断和故障预测三方面，实施过程为信号采集、信号处理、状态识别、诊断决策四方面类型：①按诊断对象分类：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②按诊断目的分类：功能诊断与运行诊断、定期诊断与连续诊断、直接诊断与间接诊断、常规工况与特殊工况诊断、在线诊断和离线诊断③按诊断方法完善程度分类：简易诊断、精密诊断技术方法：①传统方法：利用各种物理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；利用故障所对应的征兆来诊断②智能诊断：在传统诊断方法的基础上，将人工智能的理论的方法用于故障诊断③模式识别、概率统计、模糊数学、可靠性分析和故障树分析、神经网络、小波变换、分析几何等数学分支在故障诊断中应用3.机械设备故障的信息获取和检测方法有哪些？答：获取方法：直接观测法、参数测定法、磨损残渣测定法、设备性能指标的测定检测方法：①振动和噪声的故障检测：振动法、特征分析法、模态识别与参数识别法、冲击能量与冲击脉冲测定法、声学法②材料裂纹及缺陷损伤的故障检测：超声波探伤法、射线探伤法、渗透探伤法、磁粉探伤法、涡流探伤法、激光全息检测法、微波检测技术、声发射技术③设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测：光纤窥技术、油液分析技术④温度、压力、流量变化引起的故障检测4.简述振动检测和诊断系统的组成和原理，说明其区别答：振动检测系统：信息输入-数据预处理-数据变换和压缩-特征提取-状态分类-{①显示、打印、绘图、储存②判断与决策-报警、审核、维修}诊断系统：激振器-被诊断对象-传感器-二次仪表-{①磁带记录仪②分析仪③数据采集、记录和存储器}-故障诊断系统5.测振传感器有哪些类型？简述其工作原理。

答：①磁电式传感器：当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感应出电动势，其感应电动势与线圈相对于磁力线的运动速度成正比②压电式传感器：利用某些晶体材料能将机械能转换成电能的压电效应，当压电式传感器承受机械振动时，在它的输出端能产生与所承受的加速度成正比的电荷或电压量、③电涡流式位移传感器：在传感器的端部有一线圈，线圈中有频率较高的交变电压穿过。

当线圈平面靠近某一导体面时，导体的表面层感应出涡流，其形成的磁通又穿过原线圈，形成耦合互感，互感系数大小与二者间距离及导体材料有关6.简述振动检测技术的运用答：选定测量方法和分析方法，确定测量参数、测量位置、测量周期、测量条件，记录测量结果，选定判断标准，分析劣化趋势7.什么是故障树？简述故障树分析法的基本原理和步骤。

答：故障树：把顶事件、中间事件和底事件用适当的逻辑门自上而下逐级连接起来所构成的逻辑结构原理：把所研究系统最不希望发生的故障状态作为辨识和估计的目标，即顶事件；然后在一定的环境与工作条件下首先找出导致顶事件发生的必要和充分的直接原因，作为第二级；依次再找出导致第二级故障事件发生的直接因素为第三极，如此逐级展开，一直追溯到不能再展开或毋需再深究的最基本的故障时间为止。

步骤：①选择顶事件②建立故障树③求故障树的结构函数④定性分析⑤定量分析8.什么是故障树的割集、最小割集、路集、最小路集？简述最小割集的计算方法答：最小割集：导致故障树顶事件发生的数目最小又最必要的底事件的集合最小路集：导致故障树顶事件不发生的数目最小又最必要的底事件的集合最小割集计算方法：对于简单的故障树，将故障树的结构函数展开，使之成为具有最少项数的积之和的表达式，每一项乘积就是一个最小割集对于复杂的故障树，以下两种方法：①下行法②上行法9.故障树的定量分析有哪些主要参数？答：可靠度、重要度、故障率、累积故障率、首次故障时间、底事件重要度11.常用的油样分析技术的机理、容和仪器。

答：①油液理化指标及污染度检测机理：油液物理化学性能指标及其他综合指标的变化，反应油品的劣化变质程度，超过一定数值，润滑油成为废油，必须更换；容：粘度、酸碱值、闪点、水分、机械杂质、积碳、颗粒数及油液污染综合指标；仪器：振荡式粘度计、滴定仪、闪点计、红外光谱仪、颗粒计数器、污染监测仪②油液铁谱分析机理：借助于高梯度、强磁场的铁谱仪将油液中的金属磨粒有序分离出来进行分析，从而检测机械运转状态，磨损趋势，判断磨损机理；容：磨粒尺寸、磨粒数量、磨粒形貌、磨粒成分；仪器：分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、旋转式铁谱仪、在线式铁谱仪③油液光谱分析机理：通过测量物质燃烧发出的特定波长、一定强度的光，从而检测磨粒的元素成分及含量浓度、机械运转状态、磨损趋势、判断磨损部位；容：金属磨粒元素成分及含量浓度值，添加剂元素成分浓度，杂质污染元素成分及浓度；仪器：直读式发射光谱仪、吸收式光谱仪12.简述发射式、原子吸收式光谱仪的组成，并简述其工作原理和特点；答：发射式光谱仪：汞灯、电极、透镜入射狭缝、折射波、光栅、出射狭缝，光电倍增管等。

工作原理：用电极产生的电火花作光源，激发油中金属元素辐射发光，将辐射出来的线光谱由出射狭缝引出，由光电倍增管将光能变成电能，再向积分电容充电，通过测量积分电容器上的电压达到测试油金属浓度的目的。

原子吸收式：阴极灯、火焰，出射狭缝、表头、放大器，光电管，分光器，入射狭缝，油样，喷雾器等。

工作原理：将待测元素的化合物在高温下进行试样原子化，使其变为原子蒸气，当锐线光源发射出一束光，穿过一定厚度的原子蒸气时，光的一部分被原子蒸气中待测元素的基态吸收，通过分光器将其他发射线分离掉，检测系统测量特征谱线减弱后的光线强。

13.分析式铁谱仪由哪些部分组成？简述各部分的特点答：分析式铁谱仪包括数量泵，磁铁，铁谱片等部分；微量泵要求具有低稳定速率；铁谱片上金属磨损颗粒由大到小依序沉积；油液能顺利留下；磁铁要能提供高强度高梯度的磁场。

14.旋转式铁谱仪在哪些方面克服了分析式铁谱仪的不足？答：旋转式铁谱仪避免了分析式铁谱仪制片时间长，操作费用高，谱片入口区磨粒堆集严重，油样需高度的稀释，谱片上有大量污染物和大颗粒被压碎或不能通过的缺点。

15.试分析说明四种铁谱分析仪的性能特点和区别答：分析式铁谱仪可以分析观察磨粒形貌、尺寸大小、材质成分等；直读式铁谱仪可以通过电子电路放大AD转换，直接显示读数对油样中磨粒浓度和尺寸分布做定量分析；旋转式既保留了分析式铁谱仪的优点又克服了许多缺点，对磨损严重，污染物多的油液不需要稀释，即可制片；在线式铁谱仪可在线检测油液浓度，在磨粒浓度超过要求时发出报警信号。

四种铁谱仪的区别在于对磨粒的分离，检测的方法不同。

17.其它油液分析技术有哪些？简述各自的容答：①重量分析技术：将一定体积样液中的固体颗粒全部搜集在微孔滤膜上，通过检测滤膜过滤前和后的质量，计算污染物的含量②显微镜计数技术：将过滤一定体积样液的滤膜在光学显微镜下观察，对搜集在滤膜上的颗粒物按给定的尺寸围计数③滤器堵塞技术：通过测量由于颗粒物对滤膜堵塞而引起的流量或压差的变化，确定油液的污染度④显微镜比较分析技术：在专门的显微镜下，将过滤样液的滤膜和标准污染度样片进行比较，由此判断油液的污染度等级⑤扫描电子显微镜技术：利用扫描电镜和统计学方法对搜集在滤膜上的颗粒物进行尺寸和数量测定⑥图像分析技术：利用摄像机将滤膜上搜集的颗粒物或直接将液流中的颗粒物转换为显示屏上的彩像，并利用计算机进行图像分析18.工程机械的简易检测与诊断方法有哪些？答：①感觉检测与诊断：听诊法、触测法、观察法②简单仪器检测与诊断：用配备有表面热电偶探头的温度计测量滚动轴承、滑动轴承、主轴箱、电动机等机件表面的温度；电子听诊器测振动加速度；磁塞法，通过仪器观察从润滑油中搜集到的磨损颗粒，实现磨损状态检测19.简述噪声诊断技术的原理答：噪声是多个频率不同声强，不同声音无规律的组合，机械在运行中不可避免地要产生振动和噪声，不同机械都以其自身可能的方式产生振动和噪声，研究掌握机械及其零件的声振机理和特征，可对机械的状态进行诊断。

20.温度检测与诊断的测量仪器有哪些？说明适用场合答：接触式温度测量仪：膨胀式温度计（液体式、固体式）、压力表式温度计（液体式、气体式、蒸汽式）、电阻温度计、热电偶温度计非接触式温度测量仪器：光电高温计、光学高温计、红外测温仪、红外热像仪、红外热电视21.无损探伤技术有哪些？分别说明各自的工作原理和适应特点答：超声波探伤技术：利用电振荡在发射探头中激发高频超声波，入射到被测物体部后，若遇到缺陷，超声波会被反射、散射或衰减，再用接收探头接收从缺陷处反射回来或穿过被检工件后的超声波，并将其在显示仪表上显示出来，通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况，即可获得物体部有无缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息，并由相应的标准或规判定缺陷的危害程度红外线无损探伤技术：利用被测工件的热传导、热扩散或热容量变化时，物体部存在的裂纹或气孔一类的缺陷部位将引起这些热性能的改变的原理进行探伤磁粉探伤：磁力线通过铁磁性材料时，若材料部有缺陷，这些缺陷的地方磁阻增加或磁性不连续，磁力线便发生偏转出现现局部方向改变。

当缺陷在材料的表面或近表面时，缺陷外产生漏磁场，这时把磁粉撒在试件表面，则有缺陷的部位就会吸附更多的磁粉而明显区别于没有缺陷的部位渗透探伤：将特殊的渗透液涂于试件表面，当试件表面有开口缺陷时，渗透液渗到缺陷中，去除表面多余的部分，经过显示处理、放大显示等程序来检查零件表面缺陷的无损探伤方法射线探伤：利用射线能穿透物体的能力，用物体的透视摄影来检查零件部的探伤方法声发射探伤技术：利用声发射现象的特点，用电子学的方法接受发射出来的应力波，进而根据声发射信号特征，进行处理和分析以评价缺陷发生、发展的规律，以寻找和推断声发射源的缺陷及危险性的技术22.简述超声波探伤仪的组成和原理答：组成：接头、克体、阻尼块、压电晶片、保护膜、接地环、吸声材料原理：产生电振荡并加于探头，是指发射超声波，同时还将探头接收的电信号进行滤波、检波和放大等，并以一定的方式将探伤结果显示出来，人们依此获得被检工件部有无缺陷以及缺陷的位置、大小和性质等方面的信息23.分析说明动态测功仪的原理，并说明动态测功是如何实现的答：原理：发动机在供油拉杆位置和转速均匀变动情况下，测定其功率。