設(shè)備維修教案

1、宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司設(shè)備保障事業(yè)部大修廠冶金機(jī)械設(shè)備維修教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)2授課形式引導(dǎo)文法模塊一設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷基礎(chǔ)知識教學(xué)目的1、理解狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷基本概論及分類。2、掌握故障診斷的基本方法和基本過程。3、了解故障診斷技術(shù)的作用及意義。4、培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點、難點重點：狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法難點：實際運用、設(shè)備故障分布規(guī)律，典型故障曲線課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多到廠區(qū)了解設(shè)備相關(guān)狀態(tài)課后體會講授方法得當(dāng)，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學(xué)手段時間分配課程介紹、學(xué)習(xí)要

2、求：設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是指利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和儀器、根據(jù)設(shè)備外部信息參數(shù)的變化來判斷機(jī)器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機(jī)械結(jié)構(gòu)的損失狀況，確定故障的性質(zhì)、程度、類別和部位，預(yù)報其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機(jī)理。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生針在一定程度選取恰當(dāng)?shù)脑\斷方法對冶金機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，并能熟練使用各種常見檢測儀器，處理設(shè)備問題。總結(jié)1、講解了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷相關(guān)基礎(chǔ)知識。2、闡述了監(jiān)測與診斷的重要性。布置作業(yè)1、故障診斷的基本步驟。演示文檔（PPT）、機(jī)電設(shè)備載體、各類診斷監(jiān)測儀器、相關(guān)技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是指利

3、用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和儀器、根據(jù)設(shè)備外部信息參數(shù)的變化來判斷機(jī)器內(nèi)部的工作狀態(tài)或機(jī)械結(jié)構(gòu)的損失狀況，確定故障的性質(zhì)、程度、類別和部位，預(yù)報其發(fā)展趨勢，并研究故障產(chǎn)生的機(jī)理。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是近年來國內(nèi)外發(fā)展較快的一門新興學(xué)科，它所包含的內(nèi)容比較廣泛，諸如機(jī)械狀態(tài)量（力、位移、振動、噪聲、溫度、壓力和流量等）的監(jiān)測，狀態(tài)特征參數(shù)變化的辨識，機(jī)械產(chǎn)生振動和損傷時的原因分析、振源判斷、故障預(yù)防，機(jī)械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命估計等等。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是保障設(shè)備安全運行的基本措施之一。一、設(shè)備故障的基本知識1 、定義設(shè)備故障（Fault）的一般性定義是：設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)、規(guī)定條件下

4、，喪失規(guī)定功能的狀況。美國政府工程項目管理人員測試性與診斷性指南(ADA208917)中，則把故障定義為：“造成裝置、組件或元件不能按規(guī)定方式工作的一種物理狀態(tài)”。在工程實例中，我們還常常聽到另一個詞匯：失效（Failure）。國家標(biāo)準(zhǔn)GB318782可靠性基本名詞術(shù)語及定義中規(guī)定，失效是產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對可修復(fù)產(chǎn)品通常稱為故障。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB45190可靠性維修性術(shù)語指出，故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)，對某些產(chǎn)品稱為失效。由此可見，“失效”和“故障”均為表示產(chǎn)品不能完成或喪失功能的現(xiàn)象。在實際工程中，對于“失效”和“故障”沒有嚴(yán)格的區(qū)別，通常對于可修復(fù)

5、產(chǎn)品常用“故障”，而對于不可修復(fù)產(chǎn)品常用“失效”。對于各種設(shè)備系統(tǒng)而言，其包含著大量可修復(fù)的零部件，因此常常統(tǒng)一用“故障”來表示各級零部件直至系統(tǒng)不能完成規(guī)定功能的事件。2、設(shè)備故障分布規(guī)律設(shè)備故障的發(fā)生、發(fā)展過程都有其客觀規(guī)律。研究故障規(guī)律對制定維修策略，以及建立更加科學(xué)的維修體制都是十分有利的。典型故障曲線浴盆曲線 1-1典型故障曲線浴盆曲線通過大量的實踐證明，可維修設(shè)備的故障率(t)隨著設(shè)備使用期的延續(xù)，而呈現(xiàn)三個不同趨勢的階段。典型的故障率分布曲線，可參見圖1-1所示的浴盆曲線(bathtub curve)，它將使用維修期間的設(shè)備故障狀態(tài)分為三個時間： （1）早期故障期(0t<t

6、1)：是指設(shè)備安裝調(diào)試過程至移交生產(chǎn)試用階段。這一時期的特點是故障率由高到低。造成早期故障的原因主要是由設(shè)計、制造上的缺陷，包裝、運輸中的損傷，安裝調(diào)試不到位，使用工人操作不習(xí)慣或尚未全部熟練掌握其性能等原因所造成的。設(shè)備處于早期故障期，其故障率開始往往很高，但通過跑合運行、故障排除和使用維修人員對設(shè)備的逐步熟悉，故障率將逐漸降低并趨于穩(wěn)定，設(shè)備進(jìn)入正常工作階段。此段時間的長短，隨產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計與制造質(zhì)量而異。不過，當(dāng)設(shè)備進(jìn)行大修理或技術(shù)改造后，早期故障期還將再次出現(xiàn)。 早期故障率是影響設(shè)備可靠性的一個重要因素，會使設(shè)備的平均無故障工作時間減少。從設(shè)備的總役齡來看，這段時間雖不長，但必須認(rèn)真

7、對待，否則影響新設(shè)備效能的正常發(fā)揮，對資金回收不利。對于已定型的成批生產(chǎn)的設(shè)備和熟練的操作人員來說，早期故障期相對較短。工程實例：攀鋼二期工程新建的深井泵站在投產(chǎn)初期，水泵運行臺時時常只有數(shù)百小時，甚至只有幾十小時就必須檢修，且檢修1臺水泵耗時近半個月。當(dāng)時只能出動車間絕大部分的檢修力量，不分黑天白夜的加班加點組織搶修。 （2）偶發(fā)故障期 (t1t<t2)：經(jīng)過第一階段的調(diào)試、試用后，設(shè)備的各部分機(jī)件進(jìn)人正常磨損階段，操作人員逐步掌握了設(shè)備的性能、原理和機(jī)構(gòu)調(diào)整的特點。設(shè)備進(jìn)入偶發(fā)故障期。在此期間故障率大致處于穩(wěn)定狀態(tài)，趨于定值。在此期間，故障的發(fā)生是隨機(jī)的。在偶發(fā)故障期內(nèi)，設(shè)備的故障率

8、最低，而且穩(wěn)定。因而可以說，這是設(shè)備的最佳狀態(tài)期或稱正常工作期。這個區(qū)段稱為有效壽命。 偶發(fā)故障期的故障，一般是由于設(shè)備使用不當(dāng)，維修不力，工作條件（負(fù)荷、環(huán)境等）變化，或者由于材料缺陷、控制失靈、結(jié)構(gòu)不合理等設(shè)計、制造上存在的問題所致。故通過提高設(shè)計質(zhì)量、改進(jìn)使用管理、加強(qiáng)監(jiān)視診斷與維護(hù)保養(yǎng)等工作，可使故障率降低到最低。對于偶發(fā)期故障，一般需要進(jìn)行統(tǒng)計分析。為此，必須健全設(shè)備運行、故障動態(tài)和維修保養(yǎng)的記錄，建立設(shè)備檢查與生產(chǎn)日志等制度，對故障進(jìn)行登記與分析。工程實例：上述的深井泵站在投產(chǎn)23年后，隨著對設(shè)備的逐步熟悉，檢修維護(hù)水平的逐步提高，設(shè)備便進(jìn)入偶發(fā)故障期，這一時期水泵的大修臺時普遍提

9、高到7000h，部分甚至可到12000h以上。一般每年大修臺數(shù)為23臺，大修臺時60工。相對早期故障期，工作量極大減少，目前只配備數(shù)個鉗工就可完全勝任設(shè)備檢修工作。 （3）耗損故障期 (t2t)：這段時期的特點是設(shè)備故障率急劇升高。此時設(shè)備經(jīng)過上述穩(wěn)定階段，大多數(shù)零部件由于長期的運轉(zhuǎn)，其機(jī)械磨損、疲勞、老化、腐蝕逐步加劇而喪失機(jī)能，使設(shè)備故障率開始上升，進(jìn)人耗損故障期。這說明設(shè)備的一些零部件已經(jīng)達(dá)到了其使用壽命。因此，應(yīng)在這一時期出現(xiàn)前不久，進(jìn)行針對性的預(yù)防維修，或在這一時期剛出現(xiàn)時，進(jìn)行設(shè)備修理，便可防止故障大量涌現(xiàn)，降低故障率和維修工作量，延長設(shè)備的使用壽命。但如果堅持繼續(xù)使用，就可能造成

10、設(shè)備事故。歸納來說，這三個階段對應(yīng)著故障分布的三種基本類型：早期為故障遞減型；偶發(fā)期為故障恒定型；耗損期為故障遞增型。3、 故障分類故障的分類方法有多種，它們可分別從不同的角度，如經(jīng)濟(jì)性、安全性、復(fù)雜性、故障發(fā)展速度、起因等方面，觀察設(shè)備喪失工作效能的程度。不同的分類方法反映了設(shè)備故障的不同側(cè)面，對機(jī)械故障進(jìn)行分類的目的是為了更好地針對不同的故障形式采取相應(yīng)的對策。常見的故障分類如下所述：（1）按故障的性質(zhì)分類：間斷性故障和永久性故障（2）按故障形成的速度（即發(fā)生的快慢）分類：突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障（3）按故障的原因分類：外因故障和內(nèi)因故障（4）按故障危害性分類：危險性故障和安全性故障（5）按

11、功能喪失程度分類：局部性故障和完全性故障（6）按故障的相關(guān)性分類：相關(guān)故障和非相關(guān)故障（7）按功能分類：潛在故障和功能故障（8）按故障影響的程度分：輕微故障、一般故障、嚴(yán)重故障和惡性故障二、故障診斷及其分類故障診斷，就是對機(jī)械系統(tǒng)所處的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，判斷其是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常時分析其產(chǎn)生的原因和部位，并預(yù)報其發(fā)展趨勢。在設(shè)備故障診斷技術(shù)中，診斷方法的分類問題是一個比較重要的問題，它不僅是建立一個學(xué)科所必需的條件，給人以明確的科學(xué)體系，而且更能啟迪人們，改進(jìn)已有的診斷方法，尋求新的突破。因此，了解設(shè)備故障診斷的分類，對我們今后更好地理解和運用診斷技術(shù)，具有積極的意義。下面，簡要介紹一些常見的故障

12、分類方法。1、 按目的分：分成功能診斷和運行診斷2、 按方式分：分成巡回檢測和在線監(jiān)測3、 按提取信息的方式分：分成直接診斷和間接診斷4、 按診斷時所要求的機(jī)械運行工況條件分：分成常規(guī)工況診斷和特殊工況診斷5、 按功能分：分成簡易診斷和精密診斷三、設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望 故障診斷技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)高度發(fā)展，各學(xué)科相互滲透、相互交叉、相互促進(jìn)的產(chǎn)物。除了故障機(jī)理的研究得益于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科之外，還特別地從自動控制、信號處理、人工智能、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展中得到支持。 追溯設(shè)備故障診斷的歷史，實際上自有工業(yè)生產(chǎn)以來就已存在。早期的人們主要是依據(jù)五官感覺，如對

13、設(shè)備的觸摸，對聲音、振動等狀態(tài)特征的感受，同時憑借工匠的經(jīng)驗，以此來判斷某些故障的存在，并提出修復(fù)的措施，例如，有經(jīng)驗的工人常利用聽棒來判斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸承及轉(zhuǎn)子的狀態(tài)等。這一階段我們估且稱之為感性階段，即利用人的五官來感受各種設(shè)備故障信息。 之后，隨著振動、溫度、壓力、流量等傳感器的廣泛應(yīng)用，設(shè)備故障診斷的歷史發(fā)生了第一次革命性的轉(zhuǎn)變，進(jìn)入了量化階段。但是故障診斷技術(shù)真正作為一門學(xué)科，則是20世紀(jì)60年代以后才發(fā)展起來的，這也是設(shè)備故障診斷歷史上第二次革命性的轉(zhuǎn)變。近年來，人工智能和網(wǎng)絡(luò)化已逐步成為故障診斷的主要發(fā)展方向，這必將推動設(shè)備故障診斷第三次革命性的轉(zhuǎn)變。簡而言之，設(shè)備故障診斷技術(shù)是現(xiàn)代

14、科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)高度發(fā)展，各學(xué)科相互滲透、相互交叉、相互促進(jìn)的產(chǎn)物，其真正發(fā)展成為一門學(xué)科的時期大約在20世紀(jì)60年代，是在設(shè)備管理與維修模式發(fā)展的基礎(chǔ)上成長起來的。 故障診斷技術(shù)經(jīng)過40多年的研究與發(fā)展，已應(yīng)用于飛機(jī)自動駕駛、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、核反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機(jī)組、大型電網(wǎng)系統(tǒng)、石油化工過程、飛機(jī)、汽車、冶金、礦山設(shè)備等領(lǐng)域。但同時我們也應(yīng)該看到，盡管設(shè)備故障診斷技術(shù)已取得了長足的進(jìn)步，但它作為一門正在發(fā)展的新型學(xué)科，目前還遠(yuǎn)未達(dá)到完善的水平，主要表現(xiàn)在：理論與實際結(jié)合力度不夠，故障診斷是一門實踐性極強(qiáng)的技術(shù)，目前從事設(shè)備故障診斷研究的人員多為高校或研究單位，他們對現(xiàn)場設(shè)備缺乏深入了解，而

15、現(xiàn)場技術(shù)人員通常又沒有足夠的時間和技術(shù)基礎(chǔ)，將所觀察、檢測到的現(xiàn)象上升到理論加以分析、歸納、總結(jié)；診斷技術(shù)發(fā)展不平衡，雖然旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷理論和實踐都取得了較成熟的效果，但是往復(fù)機(jī)械的診斷理論和實踐還有待提高；診斷儀器的性能與現(xiàn)場設(shè)備的實際需求存在差距；現(xiàn)場設(shè)備診斷系統(tǒng)的實際效果表現(xiàn)欠佳，智能化水平較低，簡易診斷的儀器功能較為單一，精度不高，而精密診斷的儀器價格較為昂貴，且對使用人員的專業(yè)技術(shù)水平要求很高，在易用性方面還存在較大不足等。相信隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題都將逐步得以緩解，并最終得到有效解決。四、診斷技術(shù)基本方法簡介對設(shè)備的診斷有不同的技術(shù)手段，較為常用的有振動監(jiān)測與診斷

16、、溫度監(jiān)測與診斷、噪聲監(jiān)測、油液診斷、無損探傷技術(shù)等。設(shè)備診斷技術(shù)盡管很多，但基本上離不開信息的采集，信息的分析處理，狀況的識別、診斷、預(yù)測和決策三個環(huán)節(jié)。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的主要工作內(nèi)容是：（1） 保證機(jī)器運行狀態(tài)在設(shè)計的范圍內(nèi)（2） 隨時報告運行狀態(tài)的變化情況和惡化趨勢（3） 提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述（4） 故障報警五、故障診斷技術(shù)作用及意義現(xiàn)今社會，設(shè)備診斷技術(shù)日益獲得重視和發(fā)展，一方面是隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展，設(shè)備工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動化程度越來越高，同時設(shè)備更加復(fù)雜，各部分間的關(guān)聯(lián)更加密切，往往微小的故障就可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致整個設(shè)備系統(tǒng)或與設(shè)備有關(guān)的環(huán)境遭受災(zāi)難性

17、的破壞。這不僅會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且會危及人身安全，導(dǎo)致環(huán)境事故等，后果不堪設(shè)想。例如：1973年美國三里島核電站堆芯損壞事故；1985年美國“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)墜毀；1984年印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰酸甲酯毒氣外泄事故；1986年前蘇聯(lián)切爾若貝利核電站泄漏事故；1986年歐洲萊茵河瑞士化學(xué)工業(yè)污染事故等，這些都是由設(shè)備故障造成的震驚世界的惡性事故。據(jù)統(tǒng)計，重要設(shè)備因事故停機(jī)造成的損失極為嚴(yán)重：一個乙烯球罐停產(chǎn)一天，損失產(chǎn)值500萬元，利潤200萬元；一臺大型化纖設(shè)備停產(chǎn)一小時，損失產(chǎn)值80萬元。有國外研究標(biāo)明，對大型汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行振動監(jiān)視，獲利與投資之比為17：1。這表明采用設(shè)備診斷技術(shù)，

18、保證設(shè)備可靠而有效地運行是極為重要的。另一個不可忽視的重要因素是維修體制的變革，尤其是狀態(tài)維修的推行，迫切需要提升設(shè)備綜合效率，降低設(shè)備壽命周期費用。過去國內(nèi)外對設(shè)備主要采用計劃維修或事后維修。在許多場合下，這是非常不合理的，致使不該修的修了（即過維修），不僅浪費人力、物力、財力，甚至還會降低設(shè)備工作性能；而該修的可能又沒修（即欠維修），不僅降低設(shè)備壽命，而且還將導(dǎo)致事故發(fā)生。例如：英國曾對2000家工廠調(diào)查，結(jié)果表明采用診斷技術(shù)后，每年設(shè)備維修費可節(jié)約3億英鎊。日本有資料指出，采用診斷技術(shù)后，每年設(shè)備維修費減少2050%，故障停機(jī)減少75%。我國冶金企業(yè)的維修費用一般占到生產(chǎn)成本的810，許

19、多大型鋼廠，每年設(shè)備維修費達(dá)數(shù)億萬元以上。對此，上海寶鋼提出并實施了從“以周期檢修為基礎(chǔ)，以預(yù)防維修為主線”的維修模式向“以設(shè)備狀態(tài)受控管理為基礎(chǔ)，以狀態(tài)維修為主線”的綜合維修模式轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略決策，從而使其維修費用持續(xù)下降，公司年噸鋼維修費用均降5%左右，創(chuàng)效上億元，而且近幾年來公司各條主作業(yè)線設(shè)備狀態(tài)逐年趨于穩(wěn)定，重(特)大設(shè)備事故為零，主要生產(chǎn)設(shè)備事故故障停機(jī)率持續(xù)降低，領(lǐng)先國內(nèi)同行企業(yè)。根據(jù)世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗和中國企業(yè)的多年實踐探索，設(shè)備診斷技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)備工程中的作用，大致可歸納為以下幾方面：1. 能及時科學(xué)地對設(shè)備各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)做出診斷，預(yù)防或消除故障，對設(shè)備的運行進(jìn)行必要的

20、指導(dǎo)，提高設(shè)備運行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平。2. 保證設(shè)備發(fā)揮最大的設(shè)計能力，制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛力，延長服役期限和使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費用。3. 通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等，為設(shè)備結(jié)構(gòu)修改、優(yōu)化設(shè)計、合理制造及生產(chǎn)過程提供反饋信息和理論依據(jù)。4. 通過實施設(shè)備故障診斷，帶動與故障診斷有關(guān)的一系列相關(guān)理論，如信號采集、信號分析、模式識別等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，同時可檢驗相關(guān)理論的完善程度，尋找最佳故障診斷方法，完善設(shè)備故障診斷學(xué)。我國的設(shè)備故障診斷事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，必將在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。面向21世紀(jì)，

21、我們將面臨更加嚴(yán)峻的考驗，尤其是在充分強(qiáng)調(diào)“管理創(chuàng)新、科技創(chuàng)新”的今天，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷已成為設(shè)備管理水平提升的迫切需要，而一個脫穎而出的設(shè)備故障診斷新事業(yè)，也必將順應(yīng)和推動現(xiàn)代企業(yè)制度進(jìn)步的潮流，并以其強(qiáng)大的生命力展現(xiàn)在現(xiàn)代企業(yè)管理之林。冶金機(jī)械設(shè)備維修教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)4授課形式項目教學(xué)法模塊二振動監(jiān)測與診斷教學(xué)目的1、了解振動基本知識。2、掌握振動診斷技術(shù)的原理和振動監(jiān)測方法。3、了解振動診斷的作用及意義。4、培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點、難點重點：振動診斷技術(shù)的原理和監(jiān)測方法難點：振動監(jiān)測的實際運用課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多參加實際鍛

22、煉課后體會講授方法得當(dāng)，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學(xué)手段時間分配課程介紹、學(xué)習(xí)要求： 振動診斷是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用技術(shù)之一。通過學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生針對冶金機(jī)電設(shè)備的常用旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行振動診斷，能合理確定診斷策略，選取恰當(dāng)?shù)脑\斷方法，并能熟練使用各種常見檢測儀器?？偨Y(jié) 1、講解了振動相關(guān)基礎(chǔ)知識及振動診斷方法。2、結(jié)合實際講解振動診斷的應(yīng)用。布置作業(yè)1、 振動診斷實施要點演示文檔（PPT）、機(jī)電設(shè)備載體、各類維修技術(shù)工器具和材料、技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘 振動監(jiān)測與診斷機(jī)械振動是工程中普遍存在的現(xiàn)象，機(jī)械設(shè)備

23、的零部件、整機(jī)都有不同程度的振動。機(jī)械設(shè)備的振動往往會影響其工作精度，加劇機(jī)器的磨損，加速疲勞破壞；而隨著磨損的增加和疲勞損傷的產(chǎn)生，機(jī)械設(shè)備的振動將更加劇烈，如此惡性循環(huán)，直至設(shè)備發(fā)生故障、破壞。由此可見，振動加劇往往是伴隨著機(jī)器部件工作狀態(tài)不正常、乃至失效而發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，有60%以上的機(jī)械故障都是通過振動反映出來的。因此，不用停機(jī)和解體，通過對機(jī)械振動信號的測量和分析，就可對其劣化程度和故障性質(zhì)有所了解。另外，振動的理論和方法比較成熟，且簡單易行。所以在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動檢測技術(shù)是一種普遍被采用的基本方法。研究振動問題時，一般將研究對象（如一部機(jī)器、一種

24、結(jié)構(gòu)）稱為系統(tǒng)；把外界對系統(tǒng)的作用或機(jī)器自身運動產(chǎn)生的力，稱為激勵或輸入；把機(jī)器或結(jié)構(gòu)在激勵作用下產(chǎn)生的動態(tài)行為，稱為響應(yīng)或輸出。振動分析（理論或?qū)嶒灧治觯┚褪茄芯窟@三者間的相互關(guān)系。所謂振動診斷，就是對正在運行的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動測量，對得到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將結(jié)果與事先制訂的某種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞、裂紋、開焊、磨損、松脫及老化等各種影響系統(tǒng)正常運行的故障，依此采取相應(yīng)的對策來消除故障、保證系統(tǒng)安全運行。振動診斷還包含對其環(huán)境的預(yù)測，即已知系統(tǒng)的輸出及系統(tǒng)的參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼等）來確定系統(tǒng)的輸入，以判斷系統(tǒng)環(huán)境的特性，如尋找振源等問題的研究。一、振動診斷基本

25、知識 圖 2-1 重物隨時間的運動圖1、什么是振動振動是物體的一種運動形式，它是指物體在平衡位置上作往復(fù)運動的現(xiàn)象。例如圖2-1所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)中重物的運動就是振動的一個典型例子。重物從平衡位置移動到上極限位置，再返回經(jīng)過靜平衡位置移動到下極限位置，又返回移動到靜平衡位置，為一個運動循環(huán)，即往復(fù)振動一次。這個運動循環(huán)連續(xù)不斷重復(fù)就是該重物的振動。圖右面是重物振動位移隨時間變化的運動圖，它是一條正弦（或余弦）曲線。這種正弦振動，稱之為“簡諧振動”，它是一種最簡單的振動。各種機(jī)器設(shè)備是由許多零部件和各種各樣的安裝基礎(chǔ)所組成，這些都可認(rèn)為是一個彈性系統(tǒng)。某些條件或因素可能引起這些物體在其平衡位置附

26、近做微小的往復(fù)運動，這種每隔一定時間的往復(fù)性機(jī)械運動，稱為機(jī)械振動。由于各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)不同，系統(tǒng)所受的激勵不同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動規(guī)律也各不相同。根據(jù)振動規(guī)律的性質(zhì)及其研究方法，振動可分為確定性振動和隨機(jī)振動兩大類。確定性振動的規(guī)律可以用某個確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，其振動的波形具有確定的形狀。其振動位移是時間t的函數(shù)，可用簡單的數(shù)學(xué)解析式來表示，為：x=x(t)。隨機(jī)振動不能用確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，其振動波形呈不規(guī)則的變化，只能用概率統(tǒng)計的方法來描述。在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，常遇到的振動多為周期振動、準(zhǔn)周期振動、窄頻帶隨機(jī)振動和寬頻帶隨機(jī)振動等，以及其中幾種振動的組合。周期振動

27、和準(zhǔn)周期振動屬確定性振動范圍，由簡諧振動及簡諧振動的疊加構(gòu)成。2、 振動的表示方法（1）確定性振動1）簡諧振動簡諧振動是機(jī)械振動中最簡單最基本的振動形式，了解它的特性，對了解其它振動的特性和掌握振動監(jiān)測診斷技術(shù)都十分重要。若物體振動時其位移隨時間變化的規(guī)律可用正弦（或余弦）函數(shù)表示，則這種周期振動就稱為簡諧振動。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （21）式中 物體相對平衡位置的位移； 振幅（又稱峰值），表示物體偏離平衡位置的最大距離（2A稱為峰-峰值）；單位為毫米（）； 振動的角頻率，表示秒內(nèi)的振動次數(shù)或稱圓頻率； 振動的初相位角，用以表示振動物體的初始位置，單位為弧度（） 。振幅A表示振動的大小，而角頻率表示

28、振動的快慢。如果已知某物體作簡諧振動，且已知（或測出）、及，就可以完全確定該物體在任何瞬時的位移X。簡諧振動是確定性振動，其特性取決于、三個參數(shù)，這三個參數(shù)在設(shè)備診斷中有著重要的意義，因此，、及稱為簡諧振動的三要素。2）周期振動若振動波形按周期T重復(fù)出現(xiàn)，也就是 （22）成立時，稱為周期振動，相對簡諧振動而言，一般它是一個復(fù)雜的周期振動，是由一個靜態(tài)分量和無限個諧波余弦分量（振幅為，相角為）組成，實踐中產(chǎn)生復(fù)雜周期振動的情況遠(yuǎn)多于產(chǎn)生簡諧振動的情況。事實上，簡諧振動往往是復(fù)雜周期振動的一種近似表示。3）準(zhǔn)周期振動所謂準(zhǔn)周期振動，也是由一些不同周期的簡諧振動合成的振動。這一點與復(fù)雜周期振動相類似

29、。但是，準(zhǔn)周期振動沒有周期性，組成它的簡諧分量中總會有一個分量與另一個分量的頻率之比值為無理數(shù)。而復(fù)雜周期振動的各簡諧分量中任何兩個分量的頻率之比是有理數(shù)。準(zhǔn)周期振動是一種非周期振動，可用如下的函數(shù)描述： （23）（2）隨機(jī)振動隨機(jī)振動是一種非確定性振動，不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述。隨機(jī)振動過程雖不能預(yù)知，也不能重復(fù)，但隨機(jī)振動具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，因此可以用概率統(tǒng)計的方法來研究隨機(jī)振動，用統(tǒng)計特征參數(shù)來描述隨機(jī)振動的特性，用隨機(jī)信號來描述隨機(jī)振動。二、振動監(jiān)測參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)1、振動參數(shù)及其選擇如前所述，通常用來描述振動響應(yīng)的三個參數(shù)是位移、速度和加速度。為了提高振動測試的靈敏度，在測試時應(yīng)根據(jù)振動

30、頻率的高低來選用相應(yīng)的參數(shù)（或傳感器）。從測量的靈敏度和動態(tài)范圍考慮，低頻時的振動強(qiáng)度用位移值度量；中頻時的振動強(qiáng)度用速度值度量；高頻時的振動強(qiáng)度用加速度值度量。從異常的種類考慮，沖擊是主要問題時應(yīng)測量加速度；振動能量和疲勞是主要問題時應(yīng)測量速度；振動的幅度和位移是主要問題時，應(yīng)測量位移。對大多數(shù)機(jī)器來說，速度是最佳參數(shù)，這也是許多標(biāo)準(zhǔn)采用該系數(shù)的原因之一。但是另外一些標(biāo)準(zhǔn)都采用相對位移參數(shù)進(jìn)行測量，這在發(fā)電、石化工業(yè)的機(jī)組振動監(jiān)測中用的最多。對于軸承和齒輪部件的高頻振動監(jiān)測來說，加速度卻是最合適的監(jiān)測參數(shù)。2、 測量位置的選定首先應(yīng)確定是測量軸振動還是軸承振動。一般說來，監(jiān)測軸比測試軸承座或

31、機(jī)殼的振動信息更為直接和有效。在出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)子上振動的變化比軸承座或機(jī)殼要敏感得多。不過，監(jiān)測軸的振動常常要比測量軸承座或外殼的振動需要更高的測試條件和技術(shù)，其中最基本的條件是能夠合理地安裝傳感器。測量轉(zhuǎn)子振動的非接觸式渦流傳感器安裝前一般需要加工設(shè)備外殼，保證傳感器與軸頸之間沒有其他物體。在高速大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備上，傳感器的安裝位置常常是在制造時就留下的，目的是對設(shè)備實行連續(xù)在線監(jiān)測。而對低中速、小設(shè)備來說，常常不具備這種條件，在此情況下，可以選擇在軸承座或機(jī)殼上放置傳感器進(jìn)行測試。測量軸承振動可以檢測機(jī)械的各種振動，因受環(huán)境影響較小而易于測量，而且所有儀器價格低，裝卸方便，但測量的靈敏度和精度

32、較低。其次應(yīng)確定測點位置。一般情況下，測點位置選擇的原則是：能對設(shè)備振動狀態(tài)做出全面的描述；應(yīng)是設(shè)備振動的敏感點；應(yīng)是離機(jī)械設(shè)備核心部位最近的關(guān)鍵點；應(yīng)是容易產(chǎn)生劣化現(xiàn)象的易損點。一般測點應(yīng)選在接觸良好、表面光滑、局部剛度較大的部位。值得注意的是，測點一經(jīng)確定之后，就要經(jīng)常在同一點進(jìn)行測量。特別是高頻振動，測點對測定值的影響更大。為此，確定測點后必須做出記號，并且每次都要在固定位置測量。如機(jī)座、軸承座，一般都選為典型測點。通常對于大型設(shè)備，必須在機(jī)器的前中后、上下左右等部位上設(shè)點進(jìn)行測量。在監(jiān)測中還可以根據(jù)實際需要和經(jīng)驗增加特定測點。不論是測軸承振動還是測軸振動，都需要從軸向、水平和垂直三個方

33、向測量?？紤]到測量效率及經(jīng)濟(jì)性，一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械容易產(chǎn)生的異常情況來確定重點測量方向。3、 振動監(jiān)測的周期監(jiān)測周期的確定應(yīng)以能及時反映設(shè)備狀態(tài)變化為前提，根據(jù)設(shè)備的不同種類及其所處的工況確定振動監(jiān)測周期。通常有以下幾類：（1）定期檢測 即每隔一定的時間間隔對設(shè)備檢測一次，間隔的長短與設(shè)備類型及狀態(tài)有關(guān)。高速、大型的關(guān)鍵設(shè)備，振動狀態(tài)變化明顯的設(shè)備，新安裝及維修后的設(shè)備都應(yīng)較頻繁檢測，直至運轉(zhuǎn)正常。（2）隨機(jī)檢驗 對不重要的設(shè)備，一般不定期地進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常現(xiàn)象時，可臨時對其進(jìn)行測試和診斷。（3）長期連續(xù)監(jiān)測 對部分大型關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦測定值超過設(shè)定的門檻值即進(jìn)行報警，進(jìn)而對機(jī)

34、器采取相應(yīng)的保護(hù)措施。對于定期檢測，為了早期發(fā)現(xiàn)故障，以免故障迅速發(fā)展到嚴(yán)重的程度，檢測的周期應(yīng)盡可能短一些；但如果檢測周期定的過短，則在經(jīng)濟(jì)上可能不合理。因此，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的需要和經(jīng)濟(jì)上的合理性來確定合理的檢測周期。連續(xù)在線監(jiān)測主要適用于重要場合或由于工況惡劣不易靠近的場合，相應(yīng)的監(jiān)測儀器較定期檢測的儀器要復(fù)雜，成本也要高些。4、振動監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)衡量機(jī)械設(shè)備的振動標(biāo)準(zhǔn)，一般可分為絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對判斷標(biāo)準(zhǔn)和類比判斷標(biāo)準(zhǔn)三大類。（1）絕對判斷標(biāo)準(zhǔn) 絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)是將被測量值與事先設(shè)定的“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)檻值”相比較以判定設(shè)備運行狀態(tài)的一類標(biāo)準(zhǔn)。常用的振動判斷絕對標(biāo)準(zhǔn)有ISO2372、ISO3495、VD

35、I2056、BS4675、GB/T 6075.11999、ISO10816等。（2）相對判斷標(biāo)準(zhǔn) 對于有些設(shè)備，由于規(guī)格、產(chǎn)量、重要性等因素難以確定絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此將設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時所測得的值定為初始值，然后對同一部位進(jìn)行測定并進(jìn)行比較，實測值與初始值相比的倍數(shù)叫相對標(biāo)準(zhǔn)。相對標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用較為廣泛的一類標(biāo)準(zhǔn)，其不足之處在于標(biāo)準(zhǔn)的建立周期不常，且檻值的設(shè)定可能隨時間和環(huán)境條件（包括載荷情況）而變化。因此，在實際工作中，應(yīng)通過反復(fù)試驗才能確定。（3）類比判斷標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)臺同樣規(guī)格的設(shè)備在相同條件下運行時，通過對各設(shè)備相同部件的測試結(jié)果進(jìn)行比較，可以確定設(shè)備的運行狀態(tài)。類比時所確定的機(jī)器正常運行時振動的允

36、許值即為類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有設(shè)備的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。三、振動監(jiān)測1、 振動測試的類型和測試系統(tǒng)工程中所進(jìn)行的振動測試工作主要有下列兩類：（1）測量振動物體上某點的振動。如測定改點振動的位移、速度或加速度的峰值、有效值、振動的頻譜及其能量分布、各振動分量間的相互關(guān)系等。（2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性分析。如確定結(jié)構(gòu)或部件的各階固有頻率、阻尼、剛度等參數(shù)以及分析其各階振型等

37、。當(dāng)機(jī)器發(fā)生故障時，在敏感點的振動參數(shù)的峰值、有效值往往有明顯的變化，或者出現(xiàn)新的振動分量。因此對機(jī)器進(jìn)行故障診斷時，通常是在故障敏感點進(jìn)行第一類振動測量。但是，當(dāng)機(jī)器有故障時，往往產(chǎn)生新的激勵，如果激勵是一種脈沖，則其包含的頻率成分是十分豐富的。機(jī)器或其部件對此激勵的響應(yīng)主要是以其各階固有頻率所作的振動。顯然，不同的部件其固有頻率是不同的。因此，如要尋找或判斷故障源就需要進(jìn)行第二類振動測量。測量物體上某點振動的測振系統(tǒng)框圖如圖2-2所示 圖2-2 機(jī)械振動測試系統(tǒng)框圖工作原理是：將傳感器安裝在測振點上，通過傳感器將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，若傳感器的輸出阻抗很大（壓電式加速度計），則在傳感器之后

38、接一前置放大器，起阻抗變換及信號放大作用；然后將信號輸入測振放大器（功率放大器），將信號進(jìn)一步放大，并將信號進(jìn)行微分或幾分變換，得到所需的具有一定功率的信號（位移、速度和加速度信號）。接著將此信號輸入信號分析儀進(jìn)行信號處理。可得到所需各種信息；最后對信號分析結(jié)果進(jìn)行記錄、顯示和打印，如圖2-3所示。 圖2-3 振動信號分析系統(tǒng)框圖目前在工程中還廣泛地應(yīng)用下述測試系統(tǒng)：在測試現(xiàn)場于功率放大器后面接上磁帶記錄儀。把振動信號記錄到磁帶上。事后，在實驗室內(nèi)將磁帶記錄儀與信號分析儀、顯示儀、記錄儀等儀器相連，也可將振動信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計算機(jī)進(jìn)行分析研究。采用磁帶記錄儀的好處：將振動信號保存起來，在需

39、要時可以隨時復(fù)現(xiàn)；當(dāng)振動測試的現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，不適于信號分析儀等精密儀器工作時，通過磁帶記錄儀可在實驗室內(nèi)對振動信號進(jìn)行分析研究；對于沒有信號分析儀、計算機(jī)的單位，可通過磁帶記錄儀到其它單位分析研究。對結(jié)構(gòu)或部件進(jìn)行動態(tài)特殊分析的測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性可用頻率響應(yīng)函數(shù)表示 (24)式中為激振力的傅里葉變換，為振動響應(yīng)的傅里葉變換。頻率響應(yīng)函數(shù)是一個復(fù)數(shù)，它既包含幅值的信息，也包含相位信息。所以通過試驗測定了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)后，就可用解析的方法確定該系統(tǒng)的各階固有頻率、振型以及各階模態(tài)參數(shù)。圖2-4 頻率響應(yīng)函數(shù)測試分析裝置框圖頻率響應(yīng)函數(shù)測試裝置的框圖如圖2-4所示 。它的工作原理：由信

40、號發(fā)生器發(fā)出激勵信號，經(jīng)功率放大器放大后去控制激振器，使其產(chǎn)生按某種規(guī)律變化的激振力，系統(tǒng)在此力作用下產(chǎn)生受迫振動。由測振傳感器將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電量變化，經(jīng)放大、濾波等電路后與激振信號一起輸入信號分析儀進(jìn)行各項分析，即可得到所需的信息；然后用顯示、記錄儀器將試驗結(jié)果顯示或記錄下來。2、測定系統(tǒng)動態(tài)特性的幾種方法(1)穩(wěn)態(tài)正弦波頻率掃描法在結(jié)構(gòu)上選擇某些點用激振器進(jìn)行正弦穩(wěn)態(tài)激振，保持激振力幅值恒定進(jìn)行激振頻率掃描，在結(jié)構(gòu)的不同位置上安裝傳感器檢測振動響應(yīng)，從而可得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)曲線。如在結(jié)構(gòu)的各階共振時移動傳感器的位置，則可測得結(jié)構(gòu)的各階固有振型。為了使試驗更準(zhǔn)確，可利用反饋控制裝置使激振力

41、或測點的加速度幅值保持不變。（2）機(jī)械阻抗法與上法不同之處在于它不僅要測得振動響應(yīng)，而且還要同時測量激振力（不要求激振力幅值恒定），然后根據(jù)這兩者幅值和相位關(guān)系得到結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)函數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，頻率掃描的速度應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)能接近穩(wěn)態(tài)振動，過快就會影響試驗的精度。（3）快速等幅正弦波頻率掃描此法屬于瞬態(tài)激勵，利用快速頻率掃描的正弦波發(fā)生器，在幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生020kHz范圍內(nèi)（可調(diào)）的衡幅線性頻率掃描激振。根據(jù)測得的激勵與響應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。（4）隨機(jī)激振試驗法本法用隨機(jī)信號發(fā)生器輸出寬頻帶的白噪聲信號，驅(qū)動激振器對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激振，將測得的激振力與振動響應(yīng)信號，經(jīng)放大、濾波后輸入信號分

42、析儀，即可得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。（5）脈沖激振法此法也屬于瞬態(tài)激振。方法是用在撞擊部裝有力傳感器的錘頭快速撞擊結(jié)構(gòu)物，將力傳感器與加速度傳感器所檢驗到的力與振動的信號輸入信號分析儀，即可求得此結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。由振動分析可知：脈沖越寬（即撞擊時間越短），其包含的頻率成分就越豐富，頻率范圍的上限就越高，在此頻率范圍內(nèi)的功率譜幾乎是一水平線。為了激勵感興趣的結(jié)構(gòu)的高階固有頻率，應(yīng)使撞擊時間比該高階頻率對應(yīng)的振動周期短。但撞擊時間越短，其激勵的能量水平就越低，從而可能激勵不出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)。因此，并不是撞擊時間越短越好，如果僅對結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)感興趣，不妨撞擊的持續(xù)時間略長些。這可通過改變錘頭撞擊

43、部的硬度來改變撞擊的時間（如撞擊部的材料可以分別采用鋼、鋁、塑料、橡膠等）。硬度越大，撞擊時間就越短。四、齒輪故障的振動診斷齒輪傳動在機(jī)器中使用得非常廣泛，其運行狀況直接影響整個機(jī)器或機(jī)組的工作，因此展開齒輪故障診斷對降低維修費用和防止突發(fā)性事故具有實際意義。1、齒輪振動信號的頻率特征振動和噪聲信號是齒輪故障特征信息的載體，目前能夠通過各種振動信號傳感器、放大器及其它測量儀器測量出齒輪箱的振動和噪聲信號，通過各種分析和處理方法提取其故障特征信息，從而診斷出齒輪的故障。很多情況下，從齒輪的嚙合波形也可以直接觀察出故障。（1）嚙合頻率在齒輪傳動過程中，每個齒輪周期地進(jìn)入和退出嚙合。以直齒圓柱齒輪為

44、例，其嚙合區(qū)分為單齒嚙合區(qū)和雙齒嚙合區(qū)。在單齒嚙合區(qū)內(nèi)，全部載荷由一對齒副承擔(dān)；當(dāng)一旦進(jìn)入雙齒嚙合區(qū)，則載荷分別由兩對齒副按其嚙合剛度的大小分別承擔(dān)。很顯然，在單、雙齒嚙合區(qū)的交變位置，每對齒副所承受的載荷將發(fā)生突變，這必將激發(fā)齒輪的振動；同時，在傳動過程中，每個輪齒的嚙合點均從齒根向齒頂（主動齒輪）或齒頂向齒根（從動齒輪）逐漸移動，由于嚙合點沿齒高方向不斷變化，各嚙合點處齒副的嚙合剛度也隨之變化，相當(dāng)于變剛度彈簧，這也是齒輪產(chǎn)生振動的一個原因；此外，由于齒輪的受載變形，其基節(jié)發(fā)生變化，在輪齒進(jìn)入嚙合和退出嚙合時，將產(chǎn)生齒入沖擊和齒出沖擊，這更加劇了齒輪的振動。對斜齒圓柱齒輪，產(chǎn)生振動的原因基

45、本相同，但由于同時嚙合的齒數(shù)較多，傳動較平穩(wěn)，所產(chǎn)生的嚙合振動的幅值相對較低。齒輪嚙合產(chǎn)生的振動是以每齒嚙合為基本頻率進(jìn)行的，該頻率稱為嚙合頻率。其計算公式為 （2-5）式中，為主、從動齒輪的齒數(shù)；為主、從動齒輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)齒輪的運行狀態(tài)劣化之后，對應(yīng)于嚙合頻率及其諧波的振動幅值會明顯增加，這為齒輪的故障診斷提供了有力的依據(jù)。（2）齒輪振動信號的調(diào)制由于齒輪的故障，加工誤差如齒距不均，安裝誤差如偏心等，使齒面載荷波動，影響振幅而造成幅值調(diào)制。由于齒輪載荷不均、齒距不等及故障造成載荷波動，除了影響振幅之外，同時也必然產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動，使齒輪轉(zhuǎn)速波動。這些波動就是振動上的頻率調(diào)制（也稱相位調(diào)制）。所以，

46、任何導(dǎo)致幅值調(diào)制的因素也同時會導(dǎo)致頻率調(diào)制。頻率調(diào)制現(xiàn)象對小齒輪副尤為突出。齒輪振動信號的調(diào)制中包含了許多故障信息。從頻域上看，調(diào)制的結(jié)果是在齒輪嚙合頻率及其諧波周圍產(chǎn)生以故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為間隔的邊頻帶，且其振幅隨故障的惡化而加大。（3）齒輪的振動測量齒輪所發(fā)生的低頻和高頻振動中，包含了診斷各種異常振動非常有用的信息。齒輪發(fā)生的振動中，有固有頻率、齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率及輪齒嚙合頻率等成分，其頻帶較寬。利用包含這種寬帶頻率成分的振動進(jìn)行診斷時，要把所測的振動按頻帶分類，然后根據(jù)各類振動進(jìn)行診斷。通常在進(jìn)行齒輪振動測定時，可選用頻率范圍較寬的加速度傳感器。（4）齒輪的簡易診斷方法齒輪的簡易診斷，主要

47、是通過振動與噪聲分析法進(jìn)行的，包括聲音診斷法、振動診斷法及沖擊脈沖法等。簡易診斷通常借助一些簡易的振動檢測儀器，對振動信號的幅域參數(shù)進(jìn)行測量，通過監(jiān)測這些幅域參數(shù)的大小或變化趨勢，判斷齒輪的運行狀態(tài)。齒輪的振幅監(jiān)測 監(jiān)測齒輪的振動強(qiáng)度，如峰值、有效值等，可以判別齒輪的工作狀態(tài)。判別標(biāo)準(zhǔn)可以用絕對標(biāo)準(zhǔn)或相對標(biāo)準(zhǔn)，也可以用類比的方法。齒輪無量綱診斷參數(shù)的監(jiān)測 為了便于診斷，常用無量綱幅域參數(shù)指標(biāo)作為診斷指標(biāo)。它們的特點是對故障信息敏感，而對信號的絕對大小和頻率變化不敏感。這些無量綱診斷參數(shù)有：波形指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、裕度指標(biāo)及峭度指標(biāo)。這些指標(biāo)各適用于不同的情況，沒有絕對優(yōu)劣之分。（5）齒輪

48、的精密診斷方法由于齒輪動態(tài)特性及故障特性的復(fù)雜性，齒輪的故障診斷通常需要進(jìn)行較為細(xì)致的信號分析與處理，通過前后對比得出診斷結(jié)論。冶金機(jī)械設(shè)備維修教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)4授課形式項目教學(xué)法模塊二振動監(jiān)測與診斷教學(xué)目的1、了解振動基本知識。2、掌握振動診斷技術(shù)的原理和振動監(jiān)測方法。3、了解振動診斷的作用及意義。4、培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點、難點重點：振動診斷技術(shù)的原理和監(jiān)測方法難點：振動監(jiān)測的實際運用課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多參加實際鍛煉課后體會講授方法得當(dāng)，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學(xué)手段時間分

49、配課程介紹、學(xué)習(xí)要求： 振動診斷是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用技術(shù)之一。通過學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生針對冶金機(jī)電設(shè)備的常用旋轉(zhuǎn)零件進(jìn)行振動診斷，能合理確定診斷策略，選取恰當(dāng)?shù)脑\斷方法，并能熟練使用各種常見檢測儀器?？偨Y(jié) 1、講解了振動相關(guān)基礎(chǔ)知識及振動診斷方法。2、結(jié)合實際講解振動診斷的應(yīng)用。布置作業(yè)2、 振動診斷實施要點演示文檔（PPT）、機(jī)電設(shè)備載體、各類維修技術(shù)工器具和材料、技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘 振動監(jiān)測與診斷機(jī)械振動是工程中普遍存在的現(xiàn)象，機(jī)械設(shè)備的零部件、整機(jī)都有不同程度的振動。機(jī)械設(shè)備的振動往往會影響其工作精度，加劇機(jī)器的磨損，加速疲勞破壞；而隨著磨損的增

50、加和疲勞損傷的產(chǎn)生，機(jī)械設(shè)備的振動將更加劇烈，如此惡性循環(huán)，直至設(shè)備發(fā)生故障、破壞。由此可見，振動加劇往往是伴隨著機(jī)器部件工作狀態(tài)不正常、乃至失效而發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，有60%以上的機(jī)械故障都是通過振動反映出來的。因此，不用停機(jī)和解體，通過對機(jī)械振動信號的測量和分析，就可對其劣化程度和故障性質(zhì)有所了解。另外，振動的理論和方法比較成熟，且簡單易行。所以在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動檢測技術(shù)是一種普遍被采用的基本方法。研究振動問題時，一般將研究對象（如一部機(jī)器、一種結(jié)構(gòu)）稱為系統(tǒng)；把外界對系統(tǒng)的作用或機(jī)器自身運動產(chǎn)生的力，稱為激勵或輸入；把機(jī)器或結(jié)構(gòu)在激勵作用下產(chǎn)生的動態(tài)行為，

51、稱為響應(yīng)或輸出。振動分析（理論或?qū)嶒灧治觯┚褪茄芯窟@三者間的相互關(guān)系。所謂振動診斷，就是對正在運行的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動測量，對得到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將結(jié)果與事先制訂的某種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞、裂紋、開焊、磨損、松脫及老化等各種影響系統(tǒng)正常運行的故障，依此采取相應(yīng)的對策來消除故障、保證系統(tǒng)安全運行。振動診斷還包含對其環(huán)境的預(yù)測，即已知系統(tǒng)的輸出及系統(tǒng)的參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼等）來確定系統(tǒng)的輸入，以判斷系統(tǒng)環(huán)境的特性，如尋找振源等問題的研究。一、振動診斷基本知識 圖 2-1 重物隨時間的運動圖1、什么是振動振動是物體的一種運動形式，它是指物體在平衡位置上作往復(fù)運動的現(xiàn)象

52、。例如圖2-1所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)中重物的運動就是振動的一個典型例子。重物從平衡位置移動到上極限位置，再返回經(jīng)過靜平衡位置移動到下極限位置，又返回移動到靜平衡位置，為一個運動循環(huán)，即往復(fù)振動一次。這個運動循環(huán)連續(xù)不斷重復(fù)就是該重物的振動。圖右面是重物振動位移隨時間變化的運動圖，它是一條正弦（或余弦）曲線。這種正弦振動，稱之為“簡諧振動”，它是一種最簡單的振動。各種機(jī)器設(shè)備是由許多零部件和各種各樣的安裝基礎(chǔ)所組成，這些都可認(rèn)為是一個彈性系統(tǒng)。某些條件或因素可能引起這些物體在其平衡位置附近做微小的往復(fù)運動，這種每隔一定時間的往復(fù)性機(jī)械運動，稱為機(jī)械振動。由于各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)不同，系統(tǒng)所受的激勵不

53、同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動規(guī)律也各不相同。根據(jù)振動規(guī)律的性質(zhì)及其研究方法，振動可分為確定性振動和隨機(jī)振動兩大類。確定性振動的規(guī)律可以用某個確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，其振動的波形具有確定的形狀。其振動位移是時間t的函數(shù)，可用簡單的數(shù)學(xué)解析式來表示，為：x=x(t)。隨機(jī)振動不能用確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，其振動波形呈不規(guī)則的變化，只能用概率統(tǒng)計的方法來描述。在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，常遇到的振動多為周期振動、準(zhǔn)周期振動、窄頻帶隨機(jī)振動和寬頻帶隨機(jī)振動等，以及其中幾種振動的組合。周期振動和準(zhǔn)周期振動屬確定性振動范圍，由簡諧振動及簡諧振動的疊加構(gòu)成。2、 振動的表示方法（1）確定性振動1）簡諧振動簡諧

54、振動是機(jī)械振動中最簡單最基本的振動形式，了解它的特性，對了解其它振動的特性和掌握振動監(jiān)測診斷技術(shù)都十分重要。若物體振動時其位移隨時間變化的規(guī)律可用正弦（或余弦）函數(shù)表示，則這種周期振動就稱為簡諧振動。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （21）式中 物體相對平衡位置的位移； 振幅（又稱峰值），表示物體偏離平衡位置的最大距離（2A稱為峰-峰值）；單位為毫米（）； 振動的角頻率，表示秒內(nèi)的振動次數(shù)或稱圓頻率； 振動的初相位角，用以表示振動物體的初始位置，單位為弧度（） 。振幅A表示振動的大小，而角頻率表示振動的快慢。如果已知某物體作簡諧振動，且已知（或測出）、及，就可以完全確定該物體在任何瞬時的位移X。簡諧振動是確定

55、性振動，其特性取決于、三個參數(shù)，這三個參數(shù)在設(shè)備診斷中有著重要的意義，因此，、及稱為簡諧振動的三要素。2）周期振動若振動波形按周期T重復(fù)出現(xiàn)，也就是 （22）成立時，稱為周期振動，相對簡諧振動而言，一般它是一個復(fù)雜的周期振動，是由一個靜態(tài)分量和無限個諧波余弦分量（振幅為，相角為）組成，實踐中產(chǎn)生復(fù)雜周期振動的情況遠(yuǎn)多于產(chǎn)生簡諧振動的情況。事實上，簡諧振動往往是復(fù)雜周期振動的一種近似表示。3）準(zhǔn)周期振動所謂準(zhǔn)周期振動，也是由一些不同周期的簡諧振動合成的振動。這一點與復(fù)雜周期振動相類似。但是，準(zhǔn)周期振動沒有周期性，組成它的簡諧分量中總會有一個分量與另一個分量的頻率之比值為無理數(shù)。而復(fù)雜周期振動的各

56、簡諧分量中任何兩個分量的頻率之比是有理數(shù)。準(zhǔn)周期振動是一種非周期振動，可用如下的函數(shù)描述： （23）（2）隨機(jī)振動隨機(jī)振動是一種非確定性振動，不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述。隨機(jī)振動過程雖不能預(yù)知，也不能重復(fù)，但隨機(jī)振動具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，因此可以用概率統(tǒng)計的方法來研究隨機(jī)振動，用統(tǒng)計特征參數(shù)來描述隨機(jī)振動的特性，用隨機(jī)信號來描述隨機(jī)振動。二、振動監(jiān)測參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)1、振動參數(shù)及其選擇如前所述，通常用來描述振動響應(yīng)的三個參數(shù)是位移、速度和加速度。為了提高振動測試的靈敏度，在測試時應(yīng)根據(jù)振動頻率的高低來選用相應(yīng)的參數(shù)（或傳感器）。從測量的靈敏度和動態(tài)范圍考慮，低頻時的振動強(qiáng)度用位移值度量；中頻時的振動強(qiáng)度用速度值度量；高頻時的振動強(qiáng)度用加速度值度量。從異常的種類考慮，沖擊是主要問題時應(yīng)測量加速度；振動能量和疲勞是主要問題時應(yīng)測量速度；振動的幅度和位移是主要問題時，應(yīng)測量位移。對大多數(shù)機(jī)器來說，速度是最佳參數(shù)，這也是許多標(biāo)準(zhǔn)采用該系數(shù)的原因之一。但是另外一些標(biāo)準(zhǔn)都采用相對位移參數(shù)進(jìn)行測量，這在發(fā)電、石化工業(yè)的機(jī)組振動監(jiān)測中用的最多。對于軸承和齒輪