机械故障诊断 综合答案

机械故障诊断技术总复习题

第一章 绪论

l—l掌握如下几组重要的概念：

故障与失效； 设备状态监测与设备故障诊断； 状态监测维修体制、事后维修体制与定期维修体制； 简易诊断与精密诊断；

l—l掌握如下几组重要的概念：

1故障-----指装置在应达到的功能上丧失了能力，它可以排除而恢复其达到的功能。 2失效-----指装置丧失了在预定期限内的正常功能，而它强调预定期限内的功能丧失。

3设备状态监测------通常是指通过测定设备的某个较为单一的特征参数（如振动，温度），来检查其状态是正常或异常。

4设备故障诊断-----不仅要检查设备是否正常，还要对设备故障的原因，部位以及严重程度进行深入分析并作出判断。

5状态监测维修体制-----提高设备利用率。 6事后维修体制-----损失大。 7定期维修体制-----盲目性大。

8简易诊断-----是使用各种便携式诊断仪器和工况监视仪表，对设备有无故障及故障严重程度作出判断和区分。

9精密诊断-----可以分为人工诊断技术，系统诊断技术和专家系统诊断等三种。人工诊断技术是指使用较复杂的诊断设备及分析仪器，除能对设备有无故障及故障严重程度作出判断和区分外，在有经验的工程技术人员参与下，还能对某些特殊类型的典型故障的性质、类别、部位、原因及发展趋势做出判断及预报；系统诊断技术则是指一种建立在计算机辅助基础上的多功能自动化诊断系统；专家系统诊断是诊断技术的高级形式，是一种拥有人工智能的计算机系统。

l—2研究和发展设备状态监测与故障诊断技术的意义是什么？

答:(1)采用机电设备诊断技术,能够有效地确保机械机电设备的安全运行,提高其可靠性和安全运转率. (2)采用机电设备故障诊断技术,维修人员能早期发现机电设备异常,迅速查明故障原因,预测故障影响,从而有计划地,有针对地按状态监测,缩短检修时间,提高检修质量,减少备件储备,提高机电设备的维修管理水平.

l—3试讲出设备故障诊断的主要内容及各部分的作用？ 书P2

文档建立（异常模型向量）信号检测诊断实施信号检测（各种样板模式）特征提取典型故障故障信号故障档案库（状态模式）状态 识别故障情况设备 状态特征故障特征信号提取信息（待检模式）比较状态状态趋势（初始模式） 信号检测

（样板模式之一）干预诊断决策决策形式 按不同诊断的目的选择最能表征工作状态的信号。一般将这种工作状态信号称为初始模式。 特征处理: 将初始模式向量进行维数处理、形式变换（如果处理不好，信息全部丢掉），去掉冗余信息，提取故障特征信号，形成待检模式。

状态识别 :将待测模式与样板模式（故障档案）对比，进行状态分类。为此要建立判别函数，规定判别准则并力争误判率最小。

诊断决策 :根据判别结果采取相应的对策，对设备及其工作进行必要的预测和干预。

l—4何谓振动诊断技术？何谓磨损残余物诊断技术？

振动诊断技术：以平稳振动、瞬态振动、模态参数等为检测目标的诊断技术 磨损残余物诊断技术：以泄漏物、气、液、固体的成分变化为检测目标的诊断技术

第二章 振动诊断技术基础

2—l为什么人们将振动监测与诊断技术列为设备诊断技术最重要的手段？

答:

由于震动理论和测量方法比较成熟，简单易行，并且不用停机或解体就可实现对振动信号的测量和分析，所以振动监测与诊断技术是设备诊断技术最重要的手段

2—2设备振动状态监测的基本内容是什么？

2—2振动的频率分析特别是高频分析是振动诊断技术的重要内容,振动响应三个因素:位移,速度,加速度. 低频时的振动强度由位移值度量, 中频时的时的振动强度由速度来度量, 高频时的振动强度由加速度来度量. 监测方法:1振动电平值监测 2转速振平图监测 3响应谱监测

2—3在各种典型部件故障诊断时，为什么要计算运动件的特征频率？为什么要了解部件 的内部结构？

答：机械运转过程中，运动件不管做什么运动，即使部件表面加工非常光滑，都会承受外界的压力和摩擦，因此从微观来看，表面都会有小的凹凸，于是就会产生交变的激振力。通常，这些的凹凸形状是不规则的，激振力就具有了随机性，它具有多种频率成分；运动件表面的磨损凹凸程度决定了振动系统的传递特性，以及构件内部结构的情况，决定最终的振动的频谱。因此，对振动频谱特征的分析，就可以诊断出运动件的异常情况。

2—4为什么振动频率分析中高频分析特别重要？描述振动响应的三个参数是什么？

2—4为什么振动频率分析中高频分析特别重要？描述振动响应的三个参数是什么？

答：在振动监测中，高频信息分量往往在机器内部还未影响到机器实际工作能力之前就已包含了故障或缺损的特征信息，而低频信息仅仅当内部缺陷已发展很大时才显示出来。如果要预测设备是否损坏及损坏的的程度，则知道高频信息非常重要。因此，在机电故障诊断技术中，振动的频率分析特别是高频分析是振动诊断技术的重要内容之一。常用来描述振动响应的三个参数是位移、速度和加速度。

2—5什么叫振动烈度？

振动烈度：是指在机器表面的重要位置上（例如：轴承安装点处）沿垂向、纵向、横向三个方向所测得的振动速度的最大有效值。 `

2---6为什么在评定振动级值时，仅仅寻找振动高峰级值不一定可靠？

A：因为对于机器来说，给定点的导纳之差可能达到1000:1，这样在某个频率f上较大激励分量，由于受到低导纳的影响，可能在震动谱该频率位置上看不到特别显著的高峰。

2---7齿轮传动系统的故障诊断工作怎样进行？

答：倒频谱是齿轮故障诊断中最常用的诊断方法。它的定义是：某信号x(t)的功率谱的对数lg Sx (f) 的傅里叶逆变换为信号x(t)的倒频谱，用Gx (τ) 表示，即Gx (τ)=F-1 [lg Sx (f)].

2---8试讲出有故障的啮合齿轮的频率特征？

解：1、齿轮的转动频率Fr及其谐波，如果有齿轮的转动频率及其谐波，有时是由于机械松动或对中不良，但大多数是由于不平衡所引起的；

2、齿轮的啮合频率Fz及其谐波，产生的原因主要有负载的变化和几何形状误差。

3、侧频带，产生的原因有两个方面，一是由于啮合时引起的振动信号不平整所致，二是齿轮上可能有一个齿存在缺陷，甚至是断齿

4、复映分量，来源于几何形状误差，幅值大小与载荷基本无关。

2---9掌握课本p27页中某齿轮箱故障诊断机理。认真看27页例题即可.

2一10滚动轴承较常用的诊断方法有哪些？各有什么特点？

答：（一）诊断方法有：（1）有效值和峰值判断法；（2）波峰系数法；（3）包络分析法；（4）倒频谱分析法

（二）特点：

（1）有效值和峰值判断法——由于有效值是对时间的平均，所以对具有表面皱裂无规则振动波形的异常，其测定值的变动小，并可给出恰当的评价。但是，对表面剥落或伤痕等具有冲击振动的异常是不适用的。

（2）波峰系数法——由于波峰系数的值不受轴承尺寸，转速及负荷的影响，所以正常异常的判断可非常单纯地进行；此外，波峰系数不受振动信号的绝对水平所左右，所以传感器或放大器的灵敏度即使变动，也不会出现测定误差。

（3）包络分析法——它把与故障有关的信号从高频调中取出，避免了与其他低频干扰的混淆，提高诊断的可靠性和灵敏性，因而是目前最常用，最有效地诊断滚动轴承故障的方法之一。

（4）倒频谱分析法——通过对功率谱取对数，给低幅信号以较大的加权，这样使有些较弱的故障信号也能比较清晰、精确地显示出来。

2—11试讲出有故障的滚动轴承的频率谱特征？(P17)

答:1.正常情况下的振动时域波形有两个特点:一是无冲击,二是变化慢 2.内滚道或外滚道出现一处损伤 3.滚动体有损伤 4.轴承偏心 5.润滑不良

2一12掌握课本P21页中某轴承故障诊断示例。

答:滚动体运转时，各元件互相动力作用形成各自的特征频率，且相互叠加或调制，因而在功率谱图上呈现出多簇谐频`的复杂图形，很难加以识别。由于倒频谱是通过对功率谱取对数，给低幅值信号以加大的加权，这样使有些较弱的故障信号也能比较清晰、精确地显示出来。

2—13转子的不平衡与旋转的不同轴引起的振动有什么特点？

1.不平衡

转子不平衡是旋转机械的常见故障之一,在制造过程中,虽都对转子作仔细平衡,使不平篌小于限定值,但经过一段时间的运行,不平衡量会逐渐增大。由于转子处于高速运行状态,偏心量的少许增加,都会使惯性离心力剧增,使机器的功率下降,甚至无法运行。

转子不平衡引起的振动有以下特点:

(1)振幅随转速的上升而增加; (2)振动频率与转子的旋转频率f相同; (3)振动方向以径向为主; (4)振动相位常保持一定角度。

当不平衡重量只存在于一个平面时,这种不平衡称为静不平衡;而当在多个平面内有不平衡情况时,就是动不平衡。 2.不同轴

所谓旋转不同轴, 是指用联轴器连接起来的两根轴的中心线有偏移,存在不同轴时,容易发生不同轴较轻时,其频率成分为旋转基本频率;严重时,会产生旋转基本频率的高次成分。其与不

轴向振动使转子发生暂时或永久变形,使轴承和联轴器工作情况恶化,机械寿命缩短等。

平衡引起的振动的区别:对于不平衡,振幅的增大与转速的平方成正比;对于不同轴,振幅大体为一常数,与转速的变化无关。

造成不同轴的原因有-----制造精度差、安装不良、热变形不均匀、联轴器松动、地基下沉等。

2—14何谓“半速涡动”？

解：油膜涡动是一种在某突然开始的转速下，在轴承中发生的一种流体力不稳定现象，其特点是震动频率约为转子的转动频率的一半，故又称为半速涡动。

第三章 油样分析技术

3-1. 试讲出油样分析的步骤及常见有研究方法？

答:油样分析可分为采样,检验,诊断,预测和处理五个步骤。采样必须能反映当前机器的中各零部件运行状态的油样，即油样具有代表性；检验室对油样进行分析，检定油样中磨损残渣的数量，粒度分布，化学成分等，初步判断设备是正常还是磨损；诊断就是确定一场磨损状态的零件及磨损类型；预测就是预估异常零件的剩余寿命和今后的磨损趋势；处理就是根据以上结果，确定维修方式和维修时间。铁谱分析法，光谱分析法和磁赛检测法是目前最常用的三种第一类油样分析技术。

3—2何谓铁谱分析法？它与其它方法相比有什么优缺点？

答：铁谱分析法是通过对碎屑进行有关形态，大小，成分，数量及粒度分布等方面的定性和定量观测，便可判断出机械设备的磨损状态，预报零部件的失效。

优点：1.能分离出润滑油中所含较宽尺寸范围的磨屑。2.可以对磨屑同时进行定性观察分析和定量测量。 缺点：1.对油中非铁系颗粒的检测能力较低。2.分析结果对操作人员的经验有较多的依赖性。3.分析结果的能力不如直接读出发射光谱，不能十分理想的适应大规模设备群的技术诊断工作。

3-3了解分析式铁谱仪的工作原理。

答：分析式铁谱仪-----将从润滑系统中取得的分析油样经稀释处理后取样到玻璃管中，经微量泵将分析油样输送到安放在磁场装置上方的玻璃基片的上端，玻璃基片的安装与水平面成一定倾斜角，以便在沿油流方向形成一逐步增强的高强度磁场，同时又便于油液沿倾斜的基片向下流动，从玻璃基片下端经导流管排入废油杯中。分析油样中的可磁化金属磨粒在流经高梯度强磁场时，在高梯度磁力、液体黏性阻力和重力联合作用下，按磨粒尺寸大小有序地沉积在玻璃基片上，并沿垂直于油样流动方向形成链状排列。在分析油样从基片上流过之后，经用四氯乙烯溶液洗涤基片，清除残余油液，使磨粒固定在基片上便制成了可供观察和检测的铁谱片。

分析式铁谱仪------是由微量泵、永久磁铁和玻璃基片等组成。制铁谱图时，先将有油流通道的玻璃基片以微笑倾角置于磁场装置上方，按一定的程序抽取的油样经浓度稀释和粘度稀释处理，由稳定低速的微量泵送至玻璃基片上端。在油样流经玻璃基片并通过导流管的排入过程中，包含油样的磨粒在重力、浮力、油的粘滞力和磁场力的作用下，按尺寸大小沉积在玻璃基片上，并沿磁场力线方向排列成键状，经过除油和固定处理，便制成铁谱图片。在显微镜下，对基片上沉积磨粒进行有关大小、形态、成分、数量方面的定性和定量分析，就可以对检测设备的摩擦磨损做出判断。

3—4了解光谱分析法的物理基础。

（ 课本46页）当物质的核外电子受到外来能量时便吸受能量，并从较低能级跃迁到高能级的轨道上，此时，原子的能量状态是不稳定的，电子会自动从高能级跃迁回原始能级，同时以发射光子的形式把所吸受的能量辐射出去，由于不同的元素原子核外电子轨道具有的能级不同，因此受激后放出的光辐射是具有与该元素相对应的特征波长。所辐射的能量E与光子的频率成正比关系,E=hv,式中h为普朗克常 数，v为光子频率。发射光谱仪就是利用这个原理制成的，采用各种激发源使被分析的原子处于激发态，再经分光系统，将受激后的辐射线按频率分开。根据不同波长上的谱线就能知道是什么元素，根据谱线的强弱判断出元素的含量。

3—5掌握原子发射光谱法和原子吸收光谱法的工作原理？各有什么优缺点？

原子发射光谱法：采用各种激发源使被分析的原子处于激发态，再经过分光系统，将受激后的辐射线按频率分开，根据不同波长上的谱线就能知道是什么元素，根据谱线的强弱判断出元素的含量。 优点是：油样无须预处理，设备自动化程度高，易于操作，分析速度快，在40S内便可测定一个一个油样中10中元素的含量值;读数准确，重复性好，分析容量大，用于大规模含有多种材质摩擦副的设备群体检测中具有自己的优势。`

缺点是：价格昂贵，安装条件严格，实验费用高。

原子吸收光谱法：将待测元素的化合物（或溶液）在高温下进行试样原子化，使其变为原子蒸气，当由所需测定，分析的元素制成的元素灯（本元素的辐射线）发射出的一束光，穿过一定厚度的原子蒸气时，光的一部分被原子蒸气吸收，透过光经单色器将其它发射线分离掉，检测系统测量特征辐射线减弱后的光强度，根据光吸收定律：A=Lg（I0 /It）=KNl。其吸收量正比与油样中该元素的浓度，检测出吸收光的大小，就能测到待测元素的含量。

优点：灵敏度高选择性强，分析准确，迅速，简便，能有效预防设备事故，实时状态的维修手段。 缺点:每测到一个待定元素就需配有该元素灯的光源，不能了解磨屑的外形，尺寸等信息。

第四章 故障诊断新方法

4—l掌握模糊故障诊断方法的机理。 看书上67页例题14. 4—2了解故障诊断的专家系统方法的原理。 书P73

诊断专家系统的构成在本质上属于分类型专家系统。关于机电设备及其工作状态的信息时变参数多，收干扰大，诊断专家系统能高水平地分析和提炼这些信息，在对机械设备和其工作过程中的各种信号进行

分析后，专家系统的推理机根据知识库中的各种具有专家水平的知识，按一定的推理策略进行推理诊断。

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