振動測試理論

1、機械信息融合與故障診斷方法課程論文學 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 任課教師： 完成時間： 機械故障診斷的相關技術機械設備是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)技術基礎，設備管理則是企業(yè)管理中的重要領域。也就是說，企業(yè)管理的現(xiàn)代化必然要以設備管理的現(xiàn)代化作為其重要組成部分，機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術在設備管理與維修現(xiàn)代化中占有重要的地位。在滿足上述這些要求中，扮演著越來越重要的角色，因此，其診斷技術能對設備故障的發(fā)展做出早期預報，對出現(xiàn)故障的原因做出判斷，提出對策建議，避免或減少事故的發(fā)生能改變設備的維修體制，從現(xiàn)行的定期維修向更合理的視情維修轉變，降低維修費用，確保機械設備安全運行 故障

2、診斷技術是預防(狀態(tài))維修的必要條件,推廣和應用設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術可以達到所需的目的。其保障設備運行安全，防止突發(fā)事故的同時，還保證設備工作精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，在實施狀態(tài)維修(或預防維修)的同時，也節(jié)約維修費用。更避免設備事故帶來的環(huán)境污染及其它危害，給企業(yè)部門帶來較大的間接經(jīng)濟效益。機械故障診斷的含義：  機械故障診斷是一種了解和掌握機器在運行過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓?，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預報故障發(fā)展趨勢的技術。油液監(jiān)測、振動監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、性能趨勢分析和無損探傷等為其主要的診斷技術方式。機械故障診斷是識別機械設備機器或機組運行狀態(tài)的一門綜合性應用科學和

3、技術，其主要研究機械設備運行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映，通過測取設備狀態(tài)信號，并結合其歷史狀況對所測信號進行處理分析，特征提取，從而定量診斷識別機械設備及其零部件的運行狀態(tài)正常、異常、故障，進一步預測將來狀態(tài)，最終確定需要采取的必要對策的一門技術機械故障診斷的研究主要內(nèi)容：包括監(jiān)測、診斷識別和預測三個方面，保障設備安全運行，其診斷技術能對設備故障的發(fā)展做出早期預報，對出現(xiàn)故障的原因做出判斷，提出對策建議，減少事故的發(fā)生，能改變設備的維修體制，從現(xiàn)行的定期維修向更合理的視情維修轉變，降低維修費用，確保機械設備安全運行。 機械故障診斷的主要目的： 及時、正確、有效地對設備的各種異?；蚬收蠣顟B(tài)作出

4、診斷，預防或消除故障；同時對設備的運行維護進行必要的指導。確保可靠性、安全性和有效性。制定合理的監(jiān)測維修制度，保證設備發(fā)揮最大設計能力,同時在允許的條件下充分挖掘設備潛力，延長其服役期及使用壽命，降低設備全壽命周期費用。通過檢測、分析、性能評估等，為設備修改結構、優(yōu)化設計、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息。機械故障診斷的類型：按診斷目的、要求和條件的不同可以把故障診斷技術分為： 功能診斷和運行診斷。功能診斷是指對新安裝或剛維修設備及部件的運行工況和功能進行檢測和判斷，并根據(jù)檢測與判斷的結果對其進行調(diào)整。而運行診斷是指對正在運行中的設備或系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測，以便對異常的發(fā)生和發(fā)展進行早期

5、診斷。 定期診斷和連續(xù)監(jiān)測。定期診斷是指間隔一定時間對服役中的設備或系統(tǒng)進行一次常規(guī)的檢查和診斷。而連續(xù)監(jiān)測則是采用儀器儀表和計算機信號處理系統(tǒng)對設備或系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行連續(xù)監(jiān)視和檢測。直接診斷和間接診斷。直接診斷是指直接根據(jù)關鍵零部件的狀態(tài)信息來確定其所處的狀態(tài)的一種診斷。直接診斷迅速可靠，但往往受到機械結構和工作條件的限制而無法實現(xiàn)。間接診斷是指通過設備運行中的二次診斷信息來間接判斷關鍵零部件的狀態(tài)變化。在間接診斷中往往會出現(xiàn)偽警或漏檢的情況。 在線診斷和離線診斷。在線診斷是指對現(xiàn)場正在運行中的設備進行的自動實時診斷。而離線診斷則是通過磁帶記錄儀將現(xiàn)場測量的狀態(tài)信號記錄

6、下來，帶回實驗室后再結合診斷對象的歷史檔案進行進一步的分析診斷，或通過網(wǎng)絡進行的診斷。 常規(guī)診斷和特殊診斷。常規(guī)診斷是指在設備正常服役條件下進行的診斷。信號在常規(guī)診斷中采集不到時，就要考慮采用特殊診斷。 簡易診斷和精密診斷。簡易診斷一般由現(xiàn)場作業(yè)人員憑著聽、摸、看、聞或借助便攜式簡單診斷儀器對設備進行人工監(jiān)測、判斷設備是否出現(xiàn)故障。精密診斷由精密診斷專家借助先進的傳感器、精密診斷儀器和各種先進分析手段實施的診斷。通過檢測、分析，確定故障類型、程度、部位和產(chǎn)生故障的原因，了解故障的發(fā)展趨勢。  按診斷的物理參數(shù)對診斷技術進行分類，可將診斷技術分為振動診斷技術、聲學診

7、斷技術、溫度診斷技術、污染診斷技術、無損診斷技術、壓力診斷技術、強度診斷技術、電參數(shù)診斷技術、趨向診斷技術、綜合診斷技術等。  按診斷的直接對象對診斷技術進行分類，可將診斷技術分為機械零件診斷技術、液壓系統(tǒng)診斷技術、旋轉機械診斷技術、往復機械診斷技術、工程結構診斷技術、工藝流程診斷技術、生產(chǎn)系統(tǒng)診斷技術、電器設備診斷技術等。 振動理論在機械故障診斷中的應用：  振動是工程技術和日常生活中常見的物理現(xiàn)象。在長期的科學研究和工程實踐中，已逐步形成了一門較完整的振動工程學科，可供進行理論計算和分析。隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對各種儀器設備提出了低振級和低噪聲的要求，以及對

8、主要生產(chǎn)過程或重要設備進行監(jiān)測、診斷，對工作環(huán)境進行控制等等。這些都離不開振動的測量。振動測試技術在工業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用，為此設計和制造高效的振動測試系統(tǒng)便成為測試技術的重要內(nèi)容。振動問題廣泛存在于生活和生產(chǎn)當中。建筑物、機器等在內(nèi)界或者外界的激勵下就會產(chǎn)生振動。而機械振動常常會破壞機械的正常工作，甚至會降低機械的使用壽命并對機器造成不可逆的損壞。多數(shù)的機械振動是有害的。因而對振動的研究不僅有利于改善人們的生活環(huán)境和生活水平，也有助于提高機械設備的使用壽命，提高人們的生產(chǎn)效率。正因如此振動測試在生產(chǎn)和科研等多方面都有著十分重要的地位。為了控制振動，將振動給人們帶來的危害降至最低，就需要

9、我們了解振動的特性和規(guī)律，對振動進行測試和研究。信號分析及處理技術 基于振動(噪聲)測量與分析，在這里所提及的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，均是指基于振動測量與分析方面的技術。事實上狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是一門綜合性極強、涉及面非常廣泛、學科交叉滲透十分豐富的技術，除了應用振動分析方法之外，還可采用油液分析、紅外熱像、超聲探傷以及溫度、壓力分析等多種不同技術。振動是自然界中的一種很普遍的運動，機械振動信號中包含了豐富的機器狀態(tài)信息，它是機械設備故障特征信息的良好載體。利用振動信號來獲取機械設備的運行狀態(tài)并進行故障診斷具有如下優(yōu)點：方便性：利用各種振動傳感器及分析儀器，可以很方便地獲得振動信號；在線性：振動監(jiān)

10、測可在現(xiàn)場不停機的情況下進行；無損性：在振動監(jiān)測過程中，不會對被測對象造成損傷；信號處理技術是進行故障診斷的基礎，是特征提取必不可少的工具。信號處理技術分為傳統(tǒng)和現(xiàn)代兩大類，其中：傳統(tǒng)的信號處理技術是指以FFT為核心的信號分析技術，在實際運用中發(fā)揮著重要的作用；而近年來發(fā)展起來的現(xiàn)代信號處理技術在故障特征提取方面正嶄露出頭角。現(xiàn)代信號處理的本質(zhì)可用七個“ 非”字來高度概括，即研究：非線性、非因果、非最小相位系統(tǒng)、非高斯、非平穩(wěn)、非整數(shù)維(分形)信號、非白色加性噪聲為準確、有效地獲得故障特征信息，目前重點是：研究和發(fā)展基于非高斯、非平穩(wěn)及非線性故障信號的分析理論及方法。時頻分布、小波分析、高階統(tǒng)

11、計量分析、循環(huán)平穩(wěn)信號處理、非線性分析等等。監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，監(jiān)測與診斷系統(tǒng)前的考慮。建立監(jiān)測與診斷系統(tǒng)之前應考慮如下問題：經(jīng)濟性 - 應能夠盡可能地節(jié)省投資；可靠性 - 自身應具有更高的可靠性；實用性 - 實用的功能，操作簡便；有效性 - 分析、診斷結果有效；擴展性 - 較好的可擴展性和自開發(fā)性能。一般情況下，根據(jù)經(jīng)驗企業(yè)用于設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的投資應占其固定資產(chǎn)的15。并且，隨著設備復雜程度和技術先進性的增加，此項投資的額度還應有相應的增加：監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的分類與選用、離線系統(tǒng)(巡檢系統(tǒng))、在線系統(tǒng)(集中式、分布式)、遠程系統(tǒng)、離線系統(tǒng)與在線系統(tǒng)相互交融，最終形成一體化遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

12、，其中：分析方法和算法等共享、數(shù)據(jù)庫、知識庫共享、設備管理機制共享、在線系統(tǒng)負責關鍵機組設備、巡檢系統(tǒng)面向尚無固定測點的中小設備、設備管理功能占重要地位。 旋轉機械常見振動故障分析滾動軸承振動故障分析：滾動軸承的磨損失效。磨損是滾動軸承最常見的一種失效形式。在滾動軸承運轉中，滾動體和套圈之間均存在滑動，這些滑動會引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時，則形成嚴重的磨料磨損，使之更為加劇。另外，由于振動和磨料的共同作用，對于處在非旋轉狀態(tài)的滾動軸承，會在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑，即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運行中引起的相對運動，又會造

13、成軸承座孔或軸徑的磨損。當磨損量較大時，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動增大。滾動軸承的疲勞失效。在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸載荷的反復作用，表層因反復的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉，損壞逐步增大。因為脫落的碎片被滾壓在其余部分滾道上，并給那里造成局部超載荷而進一步使?jié)L道損壞。軸承運轉時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。滾動軸承的腐蝕失效。軸承零件表面的腐蝕分三種類

14、型。化學腐蝕，當水、酸等進入軸承或者使用含酸的潤滑劑，都會產(chǎn)生這種腐蝕。電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。微振腐蝕，為軸承套圈在機座座孔中或軸頸上的微小相對運動所至。結果使套圈表面產(chǎn)生紅色（Fe2O3）或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點。滾動軸承的膠合失效?；瑒咏佑|的兩個表面，當一個表面上的金屬粘附到另一個表面上的現(xiàn)象稱為膠合。對于滾動軸承，當滾動體在保持架內(nèi)被卡住或者潤滑不足、速度過高造成摩擦熱過大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過小，熱膨脹引起滾動體與內(nèi)外圈擠壓，致使在軸承的滾道中產(chǎn)生膠合和剝落。齒輪振動故

15、障分析：據(jù)統(tǒng)計，在齒輪箱的各類零件中，齒輪本身產(chǎn)生的故障比例最大，占60%，其余零件的故障率為：軸承占19%，軸占10%，箱體占7%，堅固件占3%，油封占1%。引起故障原因中，屬于維護、操作不當又占最大比重。齒輪的故障，主要與齒輪的熱處理質(zhì)量及運行時的潤滑條件有關，也可能與設計不當、制造誤差、裝配不良等有關。根據(jù)齒輪損傷的形貌和損傷過程或機理，故障的形式通常分為齒的斷裂、齒面疲勞（點蝕、剝落、龜裂）、齒面磨損、齒面劃痕等四類。根據(jù)國外抽樣統(tǒng)計的結果，齒輪的各種損傷發(fā)生的概率分別為：齒的斷裂41%，齒面疲勞31%，齒面磨損10%，齒面劃痕10%，其它故障（如塑性變形、化學腐蝕、異物嵌入等）8%。

16、齒的斷裂：齒的斷裂分疲勞斷裂和過負荷斷裂；齒面疲勞：齒面疲勞主要包括齒面點蝕與剝落。由于點蝕面積的增長率與負荷的循環(huán)次數(shù)有關，可定期檢測齒面點蝕的面積率，預測需要維修的時間。隨著點蝕面積的增加，齒面必然成為剝離狀態(tài)，因此，定期檢查潤滑油中混雜的剝離片，也可預測齒輪需要維修的時間。新理論與技術在故障診斷中的應用模糊故障診斷方法：復雜系統(tǒng)的故障表現(xiàn)出精確性和模糊性的復雜特征。經(jīng)典的精確推理模型對于診斷模糊故障存在一定局限性。法本文提出模糊產(chǎn)生式規(guī)則網(wǎng)模型，研究模糊故障診斷方。該模型采用產(chǎn)生式規(guī)則描述故障的因果關系，以網(wǎng)絡作為系統(tǒng)復雜關聯(lián)關系的推理框架，應用模糊集合論技。技術處理故障的模糊性問題。當

17、規(guī)則或事件的信度退化時，該模型表現(xiàn)為精確故障推理模式，可以對精確故障進行診斷；當信度為區(qū)間時，又表現(xiàn)為模糊網(wǎng)絡，可以對模糊故障進行診斷。研究結果表明：模糊產(chǎn)生式規(guī)則網(wǎng)模型可以有效地對復雜特征故障進行推理診斷。故障診斷專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)( Ex per t Sy st em, ES) 是人工智能技術( Art if-icial I ntelligence, AI) 的一個重要分支, 其智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復雜問題。專家系統(tǒng)必須包含領域專家的大量知識, 擁有類似人類專家思維的推理能力, 并能用這些知識來解決實際問題。故障診斷技術是一門應用型邊緣學科, 其理論基礎涉

18、及多門學科, 如現(xiàn)代控制理論、計算機工程、數(shù)理統(tǒng)計、模糊集理論、信號處理、模式識別等。故障診斷的任務是在系統(tǒng)發(fā)生故障時, 根據(jù)系統(tǒng)中的各種量( 可測的或不可測的) 或其中部分量表現(xiàn)出的與正常狀態(tài)不同的特性, 找出故障的特征描述并進行故障的檢測與隔離。故障診斷專家系統(tǒng)是將專家系統(tǒng)應用到故障診斷之中, 可以利用領域知識和專家經(jīng)驗提高故障診斷的效率。目前專家系統(tǒng)在故障診斷領域的應用非常廣泛, 如美空軍研制的用于飛機噴氣發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)XM AN , NASA 與MIT 合作開發(fā)的用于動力系統(tǒng)診斷的專家系統(tǒng), 英國某公司為英美軍方開發(fā)的直升機發(fā)動機轉子監(jiān)控與診斷專家系統(tǒng)等, 此外在電力、機械、化工、船舶等許多領域中也大量應用了故障診斷專家系統(tǒng)。根據(jù)知識組織方式與推理機制的不同, 可將目前常用的故障診斷專家系統(tǒng)大致分為基于規(guī)則的診斷專家系統(tǒng)、基于模型的診斷專家系統(tǒng)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的診斷專家系統(tǒng)、基于模糊推理的診斷專家系統(tǒng)和基于事例的診斷專家系統(tǒng)。振動測試的基本理論與組成：振動測試就是利用現(xiàn)代一些測試手段，對所研究物體的振動進行測量，并對測得的信號進行更細致的分析，以及獲得在各種工作狀態(tài)下物體的機械振動特性，從而判斷物體的振動特性是否符合要求。振動測試系統(tǒng)主要由傳感器、信號調(diào)節(jié)部分、數(shù)模轉換器、信號處理部分數(shù)據(jù)記錄部分