第二章 机电设备诊断

《第二章 机电设备诊断》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 机电设备诊断（50页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第二章第二章 机械设备故障诊断机械设备故障诊断第一节第一节 概述概述第二节第二节 振动监测与诊断技术振动监测与诊断技术第三节第三节 噪音监测与诊断技术噪音监测与诊断技术第四节第四节 温度监测技术温度监测技术第五节第五节 油液监测与诊断技术油液监测与诊断技术第六节第六节 无损监测技术无损监测技术第一节 概述一、机械故障及其分类 所谓机械故障，就是指机械系统（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。按发生的原因分（1）磨损性故障（2）错用性故障（3）先天性故障按功能分（1）潜在故障（2）功能故障按故障影响的程度分（2）恶性故障（1）严重故障（1）

2、渐发故障 （2）突发故障 按引发故障的过程速率分二、机械故障诊断及其分类1. 按目的分（1）功能诊断（2）运行诊断3. 按提取信息的方式分（1）直接诊断（2）间接诊断2. 按方式分（1）巡逻检测（2）在线监测4. 按诊断时所要求的机械运行工况条件分（1）常规工况诊断（2）特殊工况诊断三、机械故障诊断技术的内容和目的 对设备的诊断有不同的技术手段，较为常用的有振动监测与诊断、噪音监测、温度监测与诊断、油液诊断、无损探伤技术等。设备诊断技术尽管很多，但基本上离不开信息的采集，信息的分析处理，状况的识别、诊断、预测和决策三个环节。机械设备状态监测及诊断技术的主要工作内容是：（1）保证机械运转状态在设

3、计的范围内。（2）随时报告运行状态的变化情况和恶化趋势。（3）提供机械状态的准确描述。（4）故障报警。5.按功能分（1）简易诊断（2）精密诊断第二节 振动监测与诊断技术一、机械振动的一般描述 机械振动是指物体在平衡位置附近作往复的运动，它表示机械系统运动的位移、速度、加速度量值的大小随时间在其平均值上下交替重复变化的过程。1. 简谐振动 简谐振动是机械振动中最基本、最简单的震动形式。其振动位移x时间t的关系可用正弦曲线表示表达式为式中T T振动的周期即再现形同振动状态的最小时间间隔，单位为 s； 振动的初相位，单位为 rad；DD振幅，又称峰值， 称为峰-峰值，其单位为mm 或 m；位移、速度

4、、加速度是描述机械振动的三个特征量。2. 实测的机械振动（1）振幅 振幅表征机械振动的强度和能量，通常以峰值、平均值和有 效值表征。（2）频率 频率是振动的重要特征之一。不同结构、不同零部件、不同 故障源，则产生不同频率的机械振动。（3）相位 相位与频率一样都是用来表征振动特征的重要信息。不同振 动源产生的振动相位不同，对于两个振源，相位相同可使振幅叠加，产 生严重后果；反之，相位相反可能引起振动抵消，起到减振的作用。二、机械振动信号的分析方法1.数字信号处理（1）采样 采样是指将所得到的连续信号离散为数字信号，其过程包 括取样和量化两个步骤。（2）采样间隔及采样定理（3）采样长度和频率分辨率

5、2. 振动信号的幅值域分析 常规副值域参数通常又称为有量纲幅域诊断参数，它们会随着故障的发展而上升，也会因工作条件的变化而变化。3. 振动信号的时域分析 在这里提出的时域分析，主要是指相关分析和时序分析，他们可以在时域中抽取信号特征。4. 振动信号的频域分析 实际设备振动情况相当复杂，不仅有简谐振动、周期振动、而且还伴有冲击振动、瞬态振动和随机振动，必须用傅里叶变换对这类振动信号进行分析。5.几种常用的频谱处理技术简介（1）加窗技术时域函数 的傅立叶变换为 功率谱可由相关函数的傅立叶变换求得，也可由幅值谱计算得到。其定义为相应的时域函数 可用 的傅立叶逆变表示为1）Hanning 窗2）han

6、ning 窗3）矩形窗常用的窗函数有:（2）频率细化技术（Zoom技术） 在故障诊断信号处理技术中，通过减小分析宽带的特殊技术（如复调制法或相位补偿法）来细化频谱，以提高局部频段频谱分析的分辨率的技术，称为频率细化技术。三、振动监测参数及其选择1. 测定参数的选定2. 测量位置的选定首先应确定是测量轴运动还是轴承振动。其次应确定测点位置。不论是测轴承振动还是测轴振动，都需要从轴向、水平和垂直三个方向测量。3. 振动监测的周期（1）定期检测（2）随机检验（3）长期连续监测四、振动监测标准 衡量机械设备的振动标准，一般可分为绝对判断标准、相对判断标准和类比判断标准三大类。 需要注意的是，绝对判断标

7、准是在规定的检测方法的基础上指定的标准， 因此必须注意其适用频率范围，并且必须按规定的方法进行振动检测。适用 于所有设备的绝对判断标准是不存在的，因此一般是兼用绝对判定标准相对 判断标准和类比判定标准，这样才能获得准确、可靠的诊断结果。五、振动监测及故障诊断的常用仪器设备1. 涡流式位移传感器3. 压电式加速度传感器4. 记录仪器5. 振动监测及分析仪器2. 磁电式速度传感器 （1）设备简易诊断仪器 简易诊断仪器通过测量振动幅值的部分参数，对设备的状态作出初步判断。 （2）振动信号分析仪 信号分析种类很多，一般有信号放大、过滤、A /D转换、显示、储存、分析等部分组成，有的还配有软盘驱动器，可

8、 以与 计算机进行通信。 （3）离线监测与巡逻系统 离线检测与巡逻系统一般由传感器、采集 器检测诊断软件和微机组成，有时也称为设备预测维修系统。 （4）在线监测与保护系统 在石化、冶金、电力等行业对大型机组和关键设备多采用在线监测系统，进行连续监测。 （5）网络化在线巡逻系统 网络化在线巡逻系统由固定安装的振 动传感器、现场数据采集模块、检测诊断软件和计算机网络等组 成，也可直接连接在检测保护系统之后。（6）高速在线监测与诊断系统 （7）故障诊断专家系统六、轴承故障的振动诊断1. 滚动轴承的常见故障（8）保持架损坏（1）磨损（2）疲劳（3）压痕（4）腐蚀（5）电蚀（6）破裂（7）胶合2.滚动轴

9、承振动信号的频率特征（5）滚动体通过外圈的一个缺陷时的冲击振动频率。3.滚动轴承的振动测量4.振动信号分析诊断方法 滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法可分为简易诊断法和精密诊断法两种:（1）转动频率。（2）滚动体自转频率。（3）滚动体公转频率。（4）滚动体通过内圈的一个缺陷时的冲击振动频率。3）峭度系监测。4）冲击脉冲法（SPM法）。5）共振解调法（IFD法)。2）峰值系数监测。1）振幅值监测。（1）滚动轴承故障的简易诊断法（2）滚动轴承故障的精密诊断法1）低频信号分析法。2）中、高频信号绝对值分析法。17滚动轴承各种常见故障的特征频率及故障见表：七、齿轮故障的振动诊断 诊断方法可分为两大类：

10、一类是检测齿轮运转时的振动和噪音，运用频谱分析、倒频谱分析和时域平均法来进行诊断；另一类时根据摩擦学原理论，通过润滑油液分析来实现。1.齿轮的异常及常见失效形式齿轮的损伤形式随齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同。齿轮的异常通常包括以下三个方面：（1）制造误差（3）齿轮的损伤（2）装配误差1）齿面磨损失效。2）表面接触疲劳失效。3）齿面塑性变形。4）齿轮弯曲断裂。常见的损伤形式：疲劳断齿过载断齿2.齿轮振动信号的频率特征（1）啮合频率在齿轮传动过程中，每个齿轮周期地进入和退出啮合。（2）齿轮振动信号的调制。（3）齿轮振动信号中的其他成分。3.齿轮的振动测量5.齿轮的精密诊断方法如表所示

11、：4.齿轮的简易诊断方法（1）齿轮的振幅监测（2）齿轮无量纲诊断参数的监测八、旋转机械常见故障的振动诊断旋转机械是指哪些主要功能是由旋转动作来完成的机械。1. 旋转机械的常见故障及特征（1）转子不平衡（2）不对中旋转机械因对不良可以引起多种故障：2）改变轴系临界转速，使轴系振型变化或引起共振。 由转子质量中心和旋转中心之间的物理差异所引起得不平衡一般可分为以下三种形式：1）静不平衡2）偶不平衡3）动不平衡1）导致动、静部件磨损，引起转轴热弯曲。3）使轴承载荷分配不均，恶化轴承工作状态，引起半速涡动或油膜振荡，甚至引起轴承升温，烧毁轴瓦。（3）机械松动。（4）油膜涡动和油膜振荡。1）油膜涡动。