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1、第七章第七章 机械设备的故障诊断机械设备的故障诊断 第七章第七章 机械设备的故障诊断机械设备的故障诊断 学习目标：通过本章学习，了解机械故障诊断技术的方法及分类；熟悉诊断参数的选择、判断标准的确定及信号采集的方法及原则；掌握常用的故障诊断方法 。学习重点：1、诊断参数的选择和判断标准的确定2、故障诊断的信号采集3、油样分析法的步骤、原理及内容学习难点： 常用的故障诊断方法应用。劣化渐变过程如下：劣化渐变过程如下：设备劣化的渐变过程设备劣化的渐变过程第一节设备故障概述第一节设备故障概述 一、故障及其分类一、故障及其分类 （一）故障的概念：（一）故障的概念：l故障就是故障就是设备因为某种原因丧失规

2、定功能的现象。设备因为某种原因丧失规定功能的现象。 1）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统；）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统； 2）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。 （二）故障的分类（二）故障的分类 1）按故障发生、发展的过程分类）按故障发生、发展的过程分类l( (1) )突发性故障突发性故障l故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的破坏性。破坏性。 ( (2) )渐发性故障渐发性故障l是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许是由于设备中某些零件的技术指标不断恶

3、化，最终超出允许的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，特点是：蚀、疲劳等密切相关，特点是：l故障一般发生在元器件有效寿命的后期；故障一般发生在元器件有效寿命的后期；l有规律，可以预防；有规律，可以预防；l发生概率与设备运转时间有关。发生概率与设备运转时间有关。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 2）按故障的性质分类）按故障的性质分类l分为自然故障和人为故障。分为自然故障和人为故障。 l( (1) )自然故障：设备自身原因造成。自然故障：设备自身原因造成。l又分正常自然故障和异常自然故障。又分正常自然故障和异

4、常自然故障。l正常自然故障正常自然故障 一般具有规律性，一般具有规律性，设备正常工作磨损、腐蚀引设备正常工作磨损、腐蚀引起的故障，起的故障，会对设备的自然寿命产生影响。会对设备的自然寿命产生影响。l异常自然故障异常自然故障 因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。 第一节设备故障概述第一节设备故障概述 ( (2) )人为故障：操作使用不当或意外原因造成。人为故障：操作使用不当或意外原因造成。l为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免为避免这类故障发生，设计时应尽量

5、采用避免人为故障的结构，将人、机作为一个系统加以人为故障的结构，将人、机作为一个系统加以考虑，以有效地诊断和控制故障。考虑，以有效地诊断和控制故障。 第一节设备故障概述第一节设备故障概述 l可归结为三方面，可归结为三方面，环境因素环境因素、人为因素人为因素和和时间时间因素因素。 （一）环境因素（一）环境因素l所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。l表表7-17-1表示了由于机械能、热能、化学能、其表示了

6、由于机械能、热能、化学能、其他能量等环境因素引起的故障。他能量等环境因素引起的故障。 二、引起故障的外因二、引起故障的外因第一节设备故障概述第一节设备故障概述 表表7-1 环境影响及引起的故障环境影响及引起的故障环境因素主要影响典型故障机械能机械能 产生振动、冲击、压力、产生振动、冲击、压力、加速度、机械应力等加速度、机械应力等 机械强度降低、功能受影响、磨损加剧、机械强度降低、功能受影响、磨损加剧、过量变形、疲劳破坏、机件断裂过量变形、疲劳破坏、机件断裂热能热能 产生热老化、氧化、软产生热老化、氧化、软化、熔化、粘性变化、固化、熔化、粘性变化、固化、脆化、热胀冷缩及热化、脆化、热胀冷缩及热应

7、力等应力等 电气性能变化、润滑性能降低、机械应电气性能变化、润滑性能降低、机械应力增加、磨损加剧、机械强度降低、腐蚀力增加、磨损加剧、机械强度降低、腐蚀加速、热疲劳破坏、密封性能破坏加速、热疲劳破坏、密封性能破坏化学能化学能 产生受潮、干燥、脆化、产生受潮、干燥、脆化、腐蚀、电蚀、化学反应及腐蚀、电蚀、化学反应及污染等污染等 功能受影响、电气性能下降、机械性功能受影响、电气性能下降、机械性能降低、保护层损坏、表面变质、化学反能降低、保护层损坏、表面变质、化学反应加剧、机械断裂应加剧、机械断裂其他能其他能量量 产生脆化、加热、蜕化、产生脆化、加热、蜕化、电离及磁化电离及磁化 表面变质、材料褪色、

8、热老化、氧化、表面变质、材料褪色、热老化、氧化、材料的物理、化学、电气性能发生变化材料的物理、化学、电气性能发生变化注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。 第一节设备故障概述第一节设备故障概述 （二）人为因素（二）人为因素l设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。于人为因素。 1. 设计不良设计不良l受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。 2.

9、质量偏差质量偏差l由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，或其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。或其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 3. 使用不当使用不当l一台设备，在其整个生存周期内合理的运输一台设备，在其整个生存周期内合理的运输和保管条件、使用条件和使用方法、维护保和保管条件、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故

10、障率将产生很大影响。对实际故障率将产生很大影响。l这三项人为因素中，这三项人为因素中，对故障率影响最大的人对故障率影响最大的人为因素是使用不当。为因素是使用不当。 第一节设备故障概述第一节设备故障概述 （三）时间因素（三）时间因素l环境因素、人为因素是促使设备发生故障的环境因素、人为因素是促使设备发生故障的诱因诱因，在考虑，在考虑环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。l常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障

11、的其他外因，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，时间也是时间也是形成故障的主要外因之一形成故障的主要外因之一。 l在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故障诊断提供了可能。障诊断提供了可能。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 何谓设备故障诊断技术何谓设备故障诊断技术? 所谓设备故障诊断技术是指在设备运行中或基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行技术状况，预测设备的可靠性，或判断设备故障的部位和原

12、因，即人们常说的动态诊断或在线诊断。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程. 原始的诊断技术 用手摸，以测定它的温度是否过高，振动是否过大；用耳听，以判别运动部件是否有异声等等，这种凭人们的感觉、听觉和人们的经验对机器设备的健康进行诊断的方法，我们把它叫做传统的诊断技术-或叫做原始的诊断技术。 现代的诊断技术 现代的诊断技术是指应用最新的现代化仪器设备和电子计算机系统等当代的最新技术来检查和识别机械设备及其零部件的实时技术状态，诊断它是否健康的技术。现在我们所说的诊断技术就是指这种现代诊断技术。 一、设备故障诊断的实施过程一、设备故障诊断的实施过程l测取设备

13、在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要的对策。术状态，从而确定必要的对策。信号采集信号采集特征提取特征提取状态状态识别识别诊断决策诊断决策l诊断技术划分为三个阶段：诊断技术划分为三个阶段：状态监测状态监测，分析诊断分析诊断，治理预防治理预防。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过

14、程第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 （一）（一） 状态监测状态监测l通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为电信号或者其他信号电信号或者其他信号，再把这个信号送到信号处理系统进，再把这个信号送到信号处理系统进行处理。行处理。l信号处理系统主要就是把信号处理系统主要就是把有用信号有用信号提取出来，而把无用信提取出来，而把无用信号、干扰信号排除。号、干扰信号排除。 （二）（二） 分析诊断分析诊断包括包括状态识别状态识别和和诊断决策诊断决策两个部分，状态识别就是把这些两个部分，状态识别就是把这些参数或

15、者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以做出诊断结果，即分析诊断。做出诊断结果，即分析诊断。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程l（三）（三） 治理预防治理预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修等等。等等。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程

16、二、状态监测与故障诊断的区别与联系二、状态监测与故障诊断的区别与联系l状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。结果的进一步分析和处理，诊断是目的。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 三、设备故障诊断技术的分类三、设备故障诊断技术的分类l有三种分类方法：有三种分类方法： （一）按照诊断的目的、要求和条件分类（一）按照诊断的目的、要求和条件分类l分为分为功能诊断功能诊断和和运行诊断运行诊断、定期诊断定期诊

17、断和和连续监测连续监测、直接诊断、直接诊断和和间接诊断间接诊断、在线诊断在线诊断和和离线诊断离线诊断、常规诊断常规诊断和和特殊诊断特殊诊断、简易诊断简易诊断和和精密诊断精密诊断等等等等。l 1. 功能诊断和运行诊断功能诊断和运行诊断l功能诊断功能诊断主要是针对新安装的设备或刚刚维修过主要是针对新安装的设备或刚刚维修过的设备，而的设备，而运行诊断运行诊断更多是起到状态监测的功能更多是起到状态监测的功能。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程l2. 定期诊断和连续监测定期诊断和连续监测3. 直接诊断和间接诊断直接诊断和间接诊断l直接诊断直接诊断是直接根据关键零部件

18、的状态信息来是直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态，例如轴承间隙、齿面磨损确定其所处的状态，例如轴承间隙、齿面磨损.直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。作条件的限制而无法实现。l间接诊断间接诊断是通过设备运行中的二次效应参数来是通过设备运行中的二次效应参数来间接判断关键零部件的状态变化。由于多数二间接判断关键零部件的状态变化。由于多数二次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中次效应参数属于综合信息，因此在间接诊断中出现伪警或漏检的可能性会增加。出现伪警或漏检的可能性会增加。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断

19、技术 及其实施过程及其实施过程 4. 在线诊断和离线诊断在线诊断和离线诊断l在线在线是指对现场正在运行设备的自动实时监测；是指对现场正在运行设备的自动实时监测；l而而离线监测离线监测是利用磁带记录仪等将现场的状态信是利用磁带记录仪等将现场的状态信号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断或通过网络进行的诊档案进行进一步的分析诊断或通过网络进行的诊断。断。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 5. 常规诊断和特殊诊断常规诊断和特殊诊断l常规诊断常规诊断是在设备正常服役条件下进行的诊断是在设备正

20、常服役条件下进行的诊断，大多数诊断属于这一类型诊断。，大多数诊断属于这一类型诊断。l但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来采集信号，例如，动力机组的起动和停机过程采集信号，例如，动力机组的起动和停机过程要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速要通过转子的扭振和弯曲振动的几个临界转速采集起动和停机过程中的振动信号，停车对诊采集起动和停机过程中的振动信号，停车对诊断其故障是必须的，所要求的振动信号在常规断其故障是必须的，所要求的振动信号在常规诊断中是采集不到的，因而需要诊断中是采集不到的，因而需要采用特殊诊断采用特殊诊断。 第二节第二节 设备故障诊断技术设

21、备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 6. 简易诊断和精密诊断简易诊断和精密诊断l简易诊断简易诊断一般由一般由现场作业人员进行现场作业人员进行。凭着听、摸、。凭着听、摸、看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器，如看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设测振仪、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确定设备是否处于正常状态。定设备是否处于正常状态。l精密诊断精密诊断一般要由专业人员来实施。采用先进的传一般要由专业人员来实施。采用先进的传感器采集现场信号，然后采

22、用精密诊断仪器和各种感器采集现场信号，然后采用精密诊断仪器和各种先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 （二）按诊断的物理参数分类（二）按诊断的物理参数分类l振动、声学、温度、污染、无损诊断、压力诊断等，都是按振动、声学、温度、污染、无损诊断、压力诊断等，都是按物理参数分类。物理参数分类。 诊断技术名称状态检测

23、参数振动诊断技术平衡振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数声学诊断技术噪声、声阻、超声以及发射等温度诊断技术温度、温差、温度场以及热象等污染诊断技术气、液、固体的成分变化，泄漏及残留物等无损诊断技术裂纹、变形、斑点及色泽等压力诊断技术压差、压力及压力脉动等强度诊断技术力、扭矩、应力及应变等电参数诊断技术电信号、功率及磁特性等 趋向诊断技术 设备的各种技术性能指标综合诊断技术 各种物理参数的组合与交叉表7-2 按诊断的物理参数分类 第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 （三）按照按诊断的直接对象分类（三）按照按诊断的直接对象分类l各种不同的对象，诊断方法、诊断的技

24、术、诊断的设备都有各种不同的对象，诊断方法、诊断的技术、诊断的设备都有很大区别，按照机械零件、液压系统、旋转机械、往复机械很大区别，按照机械零件、液压系统、旋转机械、往复机械、工程结构等来进行区分。、工程结构等来进行区分。表7-3 按直接诊断对象分类诊断技术名称直接诊断对象机械零件诊断技术齿轮、轴承、转轴、钢丝绳、连接件等液压系统诊断技术泵、阀、液压元件及液压系统等旋转机械诊断技术转子、轴承、叶轮、风机、泵、离心机、汽轮发电机组及水轮发电机组等往复机械诊断技术内燃机、压气机、活塞及曲柄连杆机构等工程结构诊断技术金属结构、框架、桥梁、容器、建筑物、静止电气设备等工艺流程诊断技术各种生产工艺过程生

25、产系统诊断技术各种生产系统、生产线电器设备诊断技术 发电机、电动机、变压器、开关电器一、诊断参数的选择一、诊断参数的选择（ 一）诊断参数选择原则一）诊断参数选择原则（）诊断参数的多能性（）诊断参数的多能性（）诊断参数的灵敏性（）诊断参数的灵敏性（）诊断参数应呈单值性（）诊断参数应呈单值性（）诊断参数的稳定性（）诊断参数的稳定性（）诊断参数应具有一定的物理意义，应能量化，即（）诊断参数应具有一定的物理意义，应能量化，即可以用数字表示。可以用数字表示。 旋转机械、金属切削机床常用的诊断参数旋转机械、金属切削机床常用的诊断参数有：功率、有：功率、噪音、振动频率及相位、温度以及被切削零件的几何噪音、振

26、动频率及相位、温度以及被切削零件的几何精度和表面粗糙度等。精度和表面粗糙度等。 第三节第三节 设备故障诊断参数设备故障诊断参数二、诊断参数获得方法的选择二、诊断参数获得方法的选择（）测试仪器要安装方便，测试手段简单可靠。（）测试仪器要安装方便，测试手段简单可靠。（）测量方法能获得较高的信噪比。（）测量方法能获得较高的信噪比。（）测量方法应尽量采用直接测量。（）测量方法应尽量采用直接测量。（）保证适宜的测量误差值。（）保证适宜的测量误差值。第三节第三节 设备故障诊断参数设备故障诊断参数三、诊断周期的确定三、诊断周期的确定 对定期诊断的机器，需要确定其诊断周期。对定期诊断的机器，需要确定其诊断周期

27、。 诊断周期的确定与设备的劣化速度有关诊断周期的确定与设备的劣化速度有关。测量周期。测量周期一般根据机器两次故障之间的平均运行时间确定。为一般根据机器两次故障之间的平均运行时间确定。为了获得理想的预测能力，在一个了获得理想的预测能力，在一个平均运行周期内至少平均运行周期内至少应该测量次应该测量次。如果一旦发现测定数据的变化征。如果一旦发现测定数据的变化征兆，就应开始缩短测定周期。例如当高速旋转体异变兆，就应开始缩短测定周期。例如当高速旋转体异变后可能立即造成机器的故障，则需进行实时监测。后可能立即造成机器的故障，则需进行实时监测。第三节第三节 设备故障诊断参数设备故障诊断参数四、诊断标准的确定

28、四、诊断标准的确定（1）绝对判断标准）绝对判断标准（2）相对判断标准）相对判断标准（3）类比判断标准）类比判断标准 第三节第三节 设备故障诊断参数设备故障诊断参数 （）绝对判断标准（）绝对判断标准绝对判断标准是根据对某类机器长期使用、观察、维绝对判断标准是根据对某类机器长期使用、观察、维修与测试后的经验总结修与测试后的经验总结,并由企业、行业协会或国家归纳并由企业、行业协会或国家归纳成表格或图表形式成表格或图表形式,作为一种标准供工程界应用。作为一种标准供工程界应用。该标准该标准是在确定了正确的诊断方法后才可制定的标准是在确定了正确的诊断方法后才可制定的标准。使用时。使用时必须注意判断标准的制

29、定及适用的范围等，才能选用。必须注意判断标准的制定及适用的范围等，才能选用。 （）相对判断标准（）相对判断标准 相对判断标准是对机器的同一部位定期测定，并按时相对判断标准是对机器的同一部位定期测定，并按时间先后进行比较，以正常情况下的值为初始值。根据实间先后进行比较，以正常情况下的值为初始值。根据实测值与该值的倍数比来进行判断的方法。测值与该值的倍数比来进行判断的方法。（）类比判断标准（）类比判断标准 类比判断标准是指数台同样规格的机器在相同条件下类比判断标准是指数台同样规格的机器在相同条件下运行时，通过各台机器的同一部位进行测定和相互比较运行时，通过各台机器的同一部位进行测定和相互比较来掌握

30、其劣化程度的方法。来掌握其劣化程度的方法。 五、故障诊断信号的采集五、故障诊断信号的采集 电磁检测振动检测电磁检测振动检测声学检测压力检测声学检测压力检测强度检测温度检测强度检测温度检测光学检测污染检测光学检测污染检测性能趋势检测表面形貌检测性能趋势检测表面形貌检测诊断方式的选择原则诊断方式的选择原则:1.对故障最敏感的原则对故障最敏感的原则2.综合使用、互为补充的原则综合使用、互为补充的原则3.经济的原则经济的原则第三节第三节 设备故障诊断参数设备故障诊断参数第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 一、振动测量法一、振动测量法l组成设备的零、部件以及用于安装设备的基础组成设备

31、的零、部件以及用于安装设备的基础可认为是弹性系统。可认为是弹性系统。物体围绕平衡位置作往复物体围绕平衡位置作往复运动称为振动。运动称为振动。机械振动在不同程度上反映出机械振动在不同程度上反映出设备所处的工作状态。设备所处的工作状态。l利用振动测量及其对测量结果的分析来识别设利用振动测量及其对测量结果的分析来识别设备故障是一种备故障是一种常用且有效的故障诊断方法常用且有效的故障诊断方法。 （一）振动的分类（一）振动的分类l按能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为按能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为：确定性振动确定性振动和和随机振动。随机振动。 1. 随机振动随机振动 不能用精确的数学关系

32、式来描述，不能用精确的数学关系式来描述，例如地震。例如地震。 2. 确定性振动确定性振动又分为又分为周期振动周期振动和和非周期振动非周期振动，周，周期振动又进一步分为期振动又进一步分为简谐周期振动简谐周期振动和和复杂周期振复杂周期振动动。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法l确定性振动确定性振动就是振动和时间的关系如果能用确定就是振动和时间的关系如果能用确定的函数来描述，如果振动和时间的关系如果不能的函数来描述，如果振动和时间的关系如果不能用一个确定的数学函数来描述，那就是叫随机振用一个确定的数学函数来描述，那就是叫随机振动。动。l简谐周期振动简谐周期振动，就是振动只含有一种

33、频率。而，就是振动只含有一种频率。而复复杂周期振动杂周期振动是这种振动中，含有多种频率的振动是这种振动中，含有多种频率的振动，其中任意两个振动频率之比都是有理数。那就，其中任意两个振动频率之比都是有理数。那就是有一个公共的周期，这就是复杂周期振动。是有一个公共的周期，这就是复杂周期振动。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法l非周期振动非周期振动，包括准周期振动和瞬态振动。，包括准周期振动和瞬态振动。l准周期振动准周期振动是包含是包含多种频率的振动多种频率的振动，其中至少，其中至少两个的振动频率之比为无理数，除不尽，找不两个的振动频率之比为无理数，除不尽，找不到公共周期。到公共

34、周期。l瞬态振动，瞬态振动，是可用脉冲函数或衰减函数描述的是可用脉冲函数或衰减函数描述的振动。如爆炸产生的冲击振动就是瞬态振动。振动。如爆炸产生的冲击振动就是瞬态振动。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 （二）振动的基本参数（二）振动的基本参数l振幅、频率和相位振幅、频率和相位是振动的基本参数是振动的基本参数( (振动三要素振动三要素) )。振动完全可以通过这三个参数加以描述。振动完全可以通过这三个参数加以描述。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 在机器振动测量中，有在机器振动测量中，有位移、速度、位移、速度、加速度加速度等三种测定方法。从测量灵敏度

35、等三种测定方法。从测量灵敏度来看，一般来看，一般低频以位移低频以位移、中频以速度中频以速度、高频以加速度高频以加速度为测量参数居多。为测量参数居多。 （三）常用的测振传感器（三）常用的测振传感器 振动测量有：机械方法、光学方法和电测方法。振动测量有：机械方法、光学方法和电测方法。l机械方法机械方法常用于常用于振动频率低、振幅大、精度不高振动频率低、振幅大、精度不高的场合。的场合。l光学方法光学方法主要用于主要用于精密测量和测振传感器精密测量和测振传感器的标定。的标定。l电测方法电测方法是应用范围最广的一种。是应用范围最广的一种。 不管采用哪种测量方法都要采用相应的不管采用哪种测量方法都要采用相

36、应的测振传感器测振传感器。l采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。主要有三种测振传感器：，将其转换为电量。主要有三种测振传感器：压电式加速压电式加速度计、磁电式速度传感器和电涡流位移传感器。度计、磁电式速度传感器和电涡流位移传感器。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法1.1.压电加速度传感器压电加速度传感器 （1 1）工作原理：）工作原理：某些电介质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部将发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态。

37、 介质的这种机械能转换为电能的现象即为压电效应。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 （2）压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。）压电晶体输出的电荷与振动的加速度成正比。l压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。其中，部分。其中，压电晶片是加速度计的核心。压电晶片是加速度计的核心。 第三节第三节 设

38、备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 （3）压电式加速度计属于能量转换型传感器。）压电式加速度计属于能量转换型传感器。电荷产生电荷产生不需要外接电源不需要外接电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。线性。突出的优点：因为没有移动元件，所以突出的优点：因为没有移动元件，所以不会因为磨损不会因为磨损而造成寿命降低的现象而造成寿命降低的现象。此外，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式此外，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。固定

39、方式能达到出厂标示的上限使用频率。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法2. 磁电式速度传感器磁电式速度传感器l属于能量转换型传感器。属于能量转换型传感器。惯性式磁电速度传感惯性式磁电速度传感器也不需要外电源。器也不需要外电源。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 （1）原理：利用）原理：利用电磁感应原理电磁感应原理，把，把振动速度振动速度转换为线圈转换为线圈中的中的感应电动势感应电动势。l测振时，将传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，测振时，将传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场磁钢与壳体一起随被测系统

40、的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从而输出与振动速度成正比的电压。它的工作也不需要外而输出与振动速度成正比的电压。它的工作也不需要外加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。因此，它换成电量输出。因此，它也是一种典型的能量转换型传也是一种典型的能量转换型传感器感器。 （2）特点：输出功率大，性能比较稳定；）特点：输出功率大，性能比较稳定；l不足就是传感器中存在着机械运动的部件，所以不足就是传感器中存在着机械运动的部件，所以寿命比寿命比较短较短。

41、 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 3. 电涡流位移传感器。电涡流位移传感器。 电涡流传感器是一种新近研制成功的传感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将形变、位移与压力等物理参量的改变转化为阻抗、电感等电磁参量的变化。涡流位移传感器属于涡流位移传感器属于非接触式测量，但非接触式测量，但需需要外电源要外电源。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 由于电涡流传感器具有灵敏度高、频响范围宽、由于电涡流传感器具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以及非接触测量等优点，而被

42、广泛地应用于各简单以及非接触测量等优点，而被广泛地应用于各工业领域，在汽轮发电机组、压缩机、离心机等大工业领域，在汽轮发电机组、压缩机、离心机等大型旋转机械的轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测型旋转机械的轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测中都有应用。中都有应用。 此外，电涡流传感器还此外，电涡流传感器还可用于测厚可用于测厚、测表面粗糙测表面粗糙度度、无损探伤无损探伤、测流体压力测流体压力、转速转速等等一切可转化为一切可转化为位移的物理参量位移的物理参量，以及硬度、温度等。，以及硬度、温度等。l三种传感器的主要特点对比：三种传感器的主要特点对比： 1. 压电式加速度传感器和磁电式的速度传感器，都压电

43、式加速度传感器和磁电式的速度传感器，都是是能量转换型能量转换型，而电涡流位移传感器，是，而电涡流位移传感器，是能量控制能量控制型型，需要外接电源，这是这三种振动传感器最大的，需要外接电源，这是这三种振动传感器最大的不同。不同。 2. 就是在磁电式速度传感器中有就是在磁电式速度传感器中有运动元件运动元件，所以，所以寿寿命受到影响命受到影响。 3. 电涡流位移传感器电涡流位移传感器是非接触式测量，所以它是非接触式测量，所以它可以可以适用于高温或者受污染的对象适用于高温或者受污染的对象。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 （四）异常振动分析方法（四）异常振动分析方法l分析方法有

44、三种：分析方法有三种：振动总值法，频谱分析法、振动脉冲振动总值法，频谱分析法、振动脉冲测量法。测量法。 1. 振动总值法：振动总值法：通过传感器直接测量，通过传感器直接测量，以表格或图形表以表格或图形表示趋向示趋向，并对照，并对照“ “异常振动判断基准异常振动判断基准” ”判别设备工作是否判别设备工作是否正常。正常。l振动值振动值可用可用加速度加速度、速度速度或或位移位移来表示，来表示，通常都用振动通常都用振动速度这个参数速度这个参数。表。表7-4就是国际标准化组织就是国际标准化组织ISO制定的一制定的一个异常振动判断基准。个异常振动判断基准。l可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果

45、可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。频谱分析。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 2. 通过频谱分析诊断异常振动通过频谱分析诊断异常振动l可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步动，如果要进一步查出异常的原因和位置查出异常的原因和位置，就，就要对振动信号进行要对振动信号进行频谱分析频谱分析。l频谱分析就是将频谱分析就是将时域信号变换时域信号变换为为频域信号频域信号( (在在时域信号中，横坐标是时间；而在

46、频域信号中时域信号中，横坐标是时间；而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率，横坐标是频率或圆频率。) )，得到频谱图，得到频谱图，从而获得信号的频率从而获得信号的频率结构结构( (组成信号的各个频组成信号的各个频率分量及振动能量在各频率分量上的分布率分量及振动能量在各频率分量上的分布) )。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 3. 振动脉冲测量法：振动脉冲测量法：专门用于进行专门用于进行滚动轴承滚动轴承的的磨磨损和损伤损和损伤的故障诊断。的故障诊断。l其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当

47、与、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，这种冲击脉滚珠接触时，都会发生一个冲击力，这种冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。响。l根据根据实际冲击水平与正常冲击水平之差实际冲击水平与正常冲击水平之差( (即冲击即冲击水平增加值水平增加值) )来来判断轴承性

48、能的好坏判断轴承性能的好坏。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 二、噪声测量法二、噪声测量法l噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波。设备噪声能不同程度的反映出用设备所处的工作设备噪声能不同程度的反映出用设备所处的工作状态。利用状态。利用噪声测量噪声测量及其分析来及其分析来识别设备故障是识别设备故障是故障诊断的一种常用方法。故障诊断的一种常用方法。 （一）噪声测量的主要参数（一）噪声测量的主要参数l进行噪声测量时，常用进行噪声测量时，常用声压级声压级、声强级声强级和和声功率声功率级级来表示噪声的强弱；用来表示噪声的强弱；用频率或

49、频谱频率或频谱表示噪声的表示噪声的成分。成分。l也可用主观的感觉，例如响度进行测量。也可用主观的感觉，例如响度进行测量。第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法l1. 声压、声强、声功率声压、声强、声功率 ( (1) )声压：声压：声波传播时，空气质点随之振动所产生的声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波动而引起的压强增量。压力波动而引起的压强增量。没有声波存在时，媒质的压力称静压力，用没有声波存在时，媒质的压力称静压力，用Po表示表示。l压强增量，即声压压强增量，即声压P，单位是，单位是Pa。l仪器检测的声压为有效声压，是声压的均方根值。仪器检测的声压为有效声压，是声压的均

50、方根值。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 ( (2) )声强：声强：单位时间内，通过垂直于传播方向单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量上单位面积的声波能量声强（声强（W/）。）。 ( (3) )声功率：声功率：声源在单位时间内辐射出来的总声源在单位时间内辐射出来的总声能声能声功率（声功率（W）。）。 第三节第三节 设备故障诊断常用方法设备故障诊断常用方法 2. 分贝与声级分贝与声级l引起听觉的引起听觉的可听声频率在可听声频率在2020000Hz之间之间，但在此范围，但在此范围内的某一声波可以有不同的声压或声强。内的某一声波可以有不同的声压或声强。l当频率为