機電設(shè)備故障診斷與維修

機電設(shè)備故障診斷與維修第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第2章機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

返回章目錄第一節(jié)概述第二節(jié)振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第三節(jié)噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)第四節(jié)溫度檢測技術(shù)第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.1概述2.1.1機械故障及其分類

機械故障，就是指機械系統(tǒng)（零件、組件、部件或整臺設(shè)備乃至一系列的設(shè)備組合）因偏離其設(shè)計狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。通常見到發(fā)動機發(fā)動不起來、機床運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、汽車制動不靈、機器運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)異常的聲音等都是機械故障的表現(xiàn)形式。

依據(jù)不同的分類標準，機械故障可以分為很多種，對機械故障進行很好的分類后就能更好的針對不同的故障形式采取相應(yīng)的對策，常見的故障分類見表2-1第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.1概述分類依據(jù)故障名稱定義按故障性質(zhì)分暫時性故障永久性故障按引發(fā)故障的過程速率分突發(fā)性故障漸發(fā)性故障按故障發(fā)生的時期分（設(shè)備故障率如圖2-1所示，這種分類方法即按故障發(fā)生的時期分，對設(shè)備的維修工作具有重大意義）

早期故障使用期故障后期故障按故障的表現(xiàn)形式分結(jié)構(gòu)型故障參數(shù)型故障按故障機理分磨損腐蝕結(jié)構(gòu)失效系統(tǒng)失效表2-1常見的機械故障分類第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.1概述圖2-1設(shè)備故障率曲線第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.1概述2.1.2機械故障診斷的基本方法及分類機械故障診斷可以如下分類:1.按診斷參數(shù)分類振動診斷適用于旋轉(zhuǎn)機械、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。溫度診斷適用于工業(yè)爐窯、熱力機械、電機、電器等。如紅外測溫監(jiān)控技術(shù)聲學(xué)診斷適用于壓力容器、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。如管壁測厚、聲發(fā)射診斷技術(shù)。光學(xué)診斷適用于探測腔室和管道內(nèi)部的缺陷。如光學(xué)探傷法。油液分析、污染診斷適用于齒輪箱、設(shè)備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等。如鐵譜分析技術(shù)。壓力診斷適用于液壓系統(tǒng)、流體機械、內(nèi)燃機和液力耦合器等。強度診斷適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機械、鍛壓機械等。電參數(shù)診斷適用于電機、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等。第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.1概述2.按目的分:（1）功能診斷（2）運行診斷對正在運行的設(shè)備進行狀態(tài)診斷，了解其故障的情況。3.按周期分:（1）定期診斷每隔一定時間對監(jiān)測的設(shè)備進行測試和分析；

（2）連續(xù)診斷利用現(xiàn)代測試手段對設(shè)備連續(xù)進行監(jiān)控和診斷。4.按提取信息的方式分:（1）直接診斷直接根據(jù)主要零件的信息確定設(shè)備的狀態(tài)，如主軸的裂紋、管道的壁厚等；

（2）間接診斷利用二次診斷信息來判斷主要零部件的故障，多數(shù)二次診斷信息屬于綜合信息；5.按診斷時所要求的機械運行工況條件分:（1）常規(guī)工況診斷（2）特殊工況診斷第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.1機械振動的基礎(chǔ)知識

機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中常遇到的振動有：周期振動、近似周期振動、窄帶隨機振動和寬帶隨機振動，以及其中幾種振動的組合。周期振動和近似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。

1.簡諧振動簡諧振動是機械振動中最基本、最簡單的振動形式。其振動位移x與時間t的關(guān)系可用正弦曲線表示，表達式為：

式中：D：振幅，又稱峰值（mm或）；

T：振動的周期，即再現(xiàn)相同振動狀態(tài)的最小時間間隔（s）；

φ：振動的初相位（rad）。第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.實測的機械振動：(1)振幅振幅表征機械振動的強度和能量，通常以峰值、平均值和有效值表征。1)峰值Xp表示振幅的單峰值，在實際振動波形中，單峰值表示振動瞬時沖擊的最大幅值。Xp-p表示振幅的雙峰值，又稱峰-峰值，它反映了振動波形的最大偏移量。2)平均值表示振幅的平均值，是在時間T范圍內(nèi)設(shè)備振動的平均水平，其表達式為：第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)3)有效值表示振幅的有效值，他表示了振動的破壞能力，是衡量振動能量大小的量。ISO標準規(guī)定，振動速度的方均根值即有效值，為“振動烈度”，作為衡量振動強度的一個標注。其數(shù)學(xué)表達式為：(2)頻率頻率是振動的重要特征之一。不同的結(jié)構(gòu)、不同的零部件、不同的故障源，則產(chǎn)生不同頻率的機械振動。(3)相位不同振動源產(chǎn)生的振動信號都有各自的相位。對于兩個振源，相位相同可使振幅疊加，產(chǎn)生嚴重后果；反之，相位相反可能引起振動抵消，起到減振的作用。第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.2機械振動的信號分析

設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預(yù)測三個方面。其具體實施過程可以歸納為以下四個方面。（1）信息采集；（2）信號處理；（3）狀態(tài)識別；（4）診斷決策診斷內(nèi)容如圖2-2所示：圖2-2設(shè)備診斷過程

第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄1.數(shù)字信號采集

機械故障診斷與監(jiān)測所需的各種機械狀態(tài)量（振動、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等）一般用相應(yīng)的傳感器換為電信號再進行深處理。通常傳感器獲得的電信號為模擬信號，它是隨時間連接變化的。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，信號分析中一般都將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行各種計算和處理。（1）采樣采樣是指將所得到的連續(xù)信號離散為數(shù)字信號，其過程包括取樣和量化兩個步驟。（2）采樣間隔及采樣定理根據(jù)Shannon采樣定理，帶限信號（信號中的頻率成分）不丟失信息的最低采樣頻率為：式中：——原信號中最高頻率成分的頻率。2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.振動信號的幅值域分析3.

振動信號的時域分析4.

振動信號的頻域分析（1）傅里葉變換（FT）數(shù)學(xué)算法把一個復(fù)雜的函數(shù)分解成一系列（有限或無限個）簡單的正弦和余弦波，時域變換成頻域，也就是將一個組合振動分解為它的各個頻率分量，把各次諧波按其頻率大小從低到高排列起來就成了頻譜。按照傅里葉變換的原理，任何一個平穩(wěn)信號（不管如何復(fù)雜），都可以分解成若干個諧波分量之和，即:式中：

式中：——直流分量(mm)；——諧波分量，單位為mm；k=1,2,···········2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄時域函數(shù)的傅里葉變換為：相應(yīng)的時域函數(shù)也可用X(f)的傅里葉逆變換表示為：———諧波分量振幅(mm)；————基波頻率，即一次諧波頻率；t——時間(s)；——諧波分量初相角(rad)。2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄

工程中的復(fù)雜振動，正是通過傅里葉變換得到頻譜，再以頻譜圖為依據(jù)來判斷故障的部位以及故障的嚴重程度的。如圖2-5所示為將采集的時間信號進行傅里葉變換得到相應(yīng)的頻譜。圖2-5各種傅里葉變換2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2.3振動監(jiān)測及故障診斷的常用儀器設(shè)備渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器的工作原理，如圖2-6所示。在傳感器的端部有一線圈，線圈中有頻率較高（1～2MHz）的交變電壓通過。當線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出渦流，而所形成的磁通又穿過原線圈。這樣，原線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感。它將位移的變化線性地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號以便進行測量。圖2-6渦流式位移傳感器的工作原理圖

2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.

磁電式速度傳感器

磁電式速度傳感器的工作原理如圖2-8所示，其主要組成部分包括線圈、磁鐵和磁路。磁路里留有圓環(huán)形空氣間隙，而線圈處于氣隙內(nèi)，并在振動時相對于氣隙運動。磁電式速度傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當運動的導(dǎo)體在固定的磁場里面切割磁力線時，導(dǎo)體兩端就感應(yīng)出電動勢。其感應(yīng)電動勢（傳感器的輸出電壓）與線圈相對于磁力線的運動速度成正比。圖2-8磁電式速度傳感器的工作原理

第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)3.壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器是利用壓電效應(yīng)制成的機電換能器。某些晶體材料，如天然石英晶體和人工極化陶瓷等，在承受一定方向的外力而變形時，會因內(nèi)部極化現(xiàn)象而在其表面產(chǎn)生電荷，當外力去掉后，材料又回復(fù)不帶電狀態(tài)。這些材料能將機械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，利用材料壓電效應(yīng)制成的傳感器稱為壓電式傳感器。目前用于制造壓電式加速度傳感器的材料主要分為壓電晶體和壓電陶瓷兩大類。當壓電式傳感器承受機械振動時，在它的輸出端能產(chǎn)生與所承受的加速度成正比例的電荷或電壓量。與其它種類傳感器相比，壓電式傳感器具有靈敏度高、頻率范圍寬、線性動態(tài)范圍大、體積小等優(yōu)點，因此成為振動測量的主要傳感器形式。第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

常見的壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。壓電元件在正應(yīng)力及切應(yīng)力作用之下都能在極化面上產(chǎn)生電荷，因此在結(jié)構(gòu)上有中心壓縮式和剪切式兩種類型。圖2-9壓電式加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)(a)周邊壓縮式(b)中心壓縮式(c)倒置中心壓縮式(d)剪切式1—機座；2—壓電元件；3—質(zhì)量塊；4—預(yù)緊彈簧；5—輸出引線

第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)4.記錄儀器

記錄儀用來記錄和顯示被測振動隨時間的變化曲線（時域波形）或頻譜圖。如電子示波器、光電示波器、磁帶記錄儀、X-Y記錄儀、電平記錄儀等。對于測量沖擊和瞬態(tài)過程，可采用記憶式示波器和瞬態(tài)記錄儀。5.振動監(jiān)測及分析儀器（1）設(shè)備簡易診斷儀器。簡易診斷儀器通過測量振動幅值的部分參數(shù)，對設(shè)備的狀態(tài)作出初步判斷。這種儀器體積小，價格便宜，易于掌握，適合由工段、班組一級來組織實施進行日常測試和巡檢。按其功能可分為：振動計、振動測量儀和沖擊振動測量儀等。（2）振動信號分析儀。信號分析儀種類很多，一般由信號放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、顯示、存儲、分析等部分組成，有的還配有軟盤驅(qū)動器，可以與計算機進行通信。（3）離線監(jiān)測與巡檢系統(tǒng)。離線監(jiān)測與巡檢系統(tǒng)一般由傳感器、采集器、監(jiān)測診斷軟件和微機組成，有時也稱為設(shè)備預(yù)測維修系統(tǒng)。

第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)（5）網(wǎng)絡(luò)化在線巡檢系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化在線巡檢系統(tǒng)由固定安裝的振動傳感器、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)測診斷軟件和計算機網(wǎng)絡(luò)等組成，也可直接連接在監(jiān)測保護系統(tǒng)之后。（6）高速在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)。對于石化、冶金、電力等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備的重要部件可采用高速在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，對各個通道的振動信號連續(xù)、并行地進行監(jiān)測、分析和診斷。

（7）故障診斷專家系統(tǒng)。診斷的專家系統(tǒng)是一種基于人工智能的計算機診斷系統(tǒng)，能夠模擬故障診斷專家的思維方式，運用已有的診斷理論和專家經(jīng)驗，對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析和推斷，并能在實踐中不斷修改、補充和完善知識庫，提高診斷專家系統(tǒng)的性能和水平。第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.4實施現(xiàn)場振動診斷的步驟

通觀振動診斷的全過程，診斷步驟可概括為3個環(huán)節(jié)，即：準備工作、診斷實施、決策與驗證。

1．確定、了解診斷對象

診斷的對象就是機器設(shè)備。根據(jù)企業(yè)自身的生產(chǎn)特點以及各類設(shè)備的實際特點、組成情況，有重點地選定作為診斷對象的設(shè)備。一般來說，這些設(shè)備應(yīng)該是如下幾種情況。①稀有、昂貴、大型、精密、無備臺的關(guān)鍵設(shè)備。②連續(xù)化、快速化、自動化、流程化程度高的設(shè)備③一旦發(fā)生故障可能造成很大經(jīng)濟損失，或是環(huán)境污染，或是人身傷亡事故等影響的設(shè)備。④故障率高的設(shè)備第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

在確定了診斷對象的范圍后，在實施設(shè)備診斷之前，必須對每臺診斷對象的各個方面有充分的認識了解，就像醫(yī)生治病必須熟悉人體的構(gòu)造一樣，有很多企業(yè)的故障診斷從業(yè)人員在對本企業(yè)設(shè)備進行診斷時往往比信號分析專家更準確，就是因為他們做到了對現(xiàn)場設(shè)備了如指掌。所以了解診斷對象是開展現(xiàn)場診斷的第一步。概括起來,對一臺列為診斷對象的設(shè)備要著重掌握5個方面的內(nèi)容：（1）設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成對設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要掌握兩點：①搞清楚設(shè)備的基本組成部分及其連接關(guān)系。②必須查明各主要零件（特別是運動零件）的型號、規(guī)格、結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)量等，并在結(jié)構(gòu)圖上標明，或另予說明。第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)（2）機器的工作原理和運行特性主要要了解以下內(nèi)容：①各主要零部件的運動方式：旋轉(zhuǎn)運動還是往復(fù)運動。②機器的運動特性：平穩(wěn)運動還是沖擊性運動。③轉(zhuǎn)子運動速度：低速（＜600r/min）、中速（600～6000r/min）還是高速（＞6000r/min）；勻速還是變速。④機器正常運行時及振動測量時的工況參數(shù)值，如：排出壓力、流量、轉(zhuǎn)速、溫度、電流、電壓等。（3）機器的工作條件主要了解以下幾項：①載荷性質(zhì)：均載、變速還是沖擊負載②工作介質(zhì)：有無塵埃、顆粒性雜質(zhì)或腐蝕性氣體。③周圍環(huán)境：有無嚴重的干擾（或污染）源存在，如振源、熱源、粉塵等。（4）設(shè)備基礎(chǔ)形式及狀況：搞清楚是剛性基礎(chǔ)還是彈性基礎(chǔ)。（5）主要技術(shù)檔案資料第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.確定診斷方案

在對診斷對象全面了解的基礎(chǔ)上，接著就要確定具體的診斷方案。診斷方案正確與否，關(guān)系到能否獲得必要充分的診斷信息，必須慎重對待。一個比較完整的現(xiàn)場振動診斷方案應(yīng)包括下列內(nèi)容。（1）選擇測點測點就是機器上被測量的部位，它是獲取診斷信息的窗口。測點選擇正確與否，關(guān)系到能否獲得人們所需要的真實完整的狀態(tài)信息。只有在對診斷對象充分了解的基礎(chǔ)上，才能根據(jù)診斷目的恰當?shù)剡x擇測點。測點應(yīng)滿足下列要求。

①對振動反應(yīng)敏感。②信息豐富。③適應(yīng)診斷目的。⑤符合安全操作要求。④適于安置傳感器。第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

有些設(shè)備的振動特性有明顯的方向性，不同方向的振動信號也往往包含著不同的故障信息。因此，每一個測點一般都應(yīng)測量3個方位，即水平方向、垂直方向和軸向，如圖2-11所示。測點一經(jīng)確定后，就要經(jīng)常在同一點進行測定。這要求必須在每個測點的3個測量方位處作出永久性標記，如使用油漆或打上樣沖眼，或加工出固定傳感器的螺孔。尤其對于環(huán)境條件差的場合，這一點更加重要，在測高頻振動時，曾經(jīng)出現(xiàn)過測定點偏移幾毫米后，測定值相差6倍的情況。圖2-11測點的3個測量方向第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)（2）預(yù)估頻率和振幅

振動測量前，對所測振動信號的頻率范圍和幅值大小要作一個基本的估計，為選擇傳感器、測量儀和測量參數(shù)、分析頻帶提供依據(jù)，同時防止漏檢某些可能存在的故障信號而造成誤判或漏診。（3）選擇與安裝傳感器

用于測量振動的傳感器有3種，一般都是根據(jù)所測量的參數(shù)類別選用：測量位移采用渦流式位移傳感器，測量速度采用電動式速度傳感器，測量加速度采用壓電式加速度傳感器。

表2-4是壓電式加速度傳感器幾種常用安裝形式的性能比較，其中采用螺紋連接測試結(jié)構(gòu)最為理想。但在現(xiàn)場實際測量時，尤其是對于大范圍的普查測試，由于采用永久磁座安裝最簡便且性能適中，因此是最常用的方法。第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)安裝方法及頻響范圍（±3dB）優(yōu)點缺點手持鋼探桿：1～1000Hz手持鋁探桿：1～700Hz附著快速適用各種表面頻率范圍有限注意手持方法磁座：1～2000Hz附著快速頻率范圍有限機器上須有鐵磁性表面，該表面必須干凈螺紋連接：1～10000Hz可用頻率范圍寬測量重現(xiàn)性最佳需有螺孔接頭，費時間表2-4壓電式加速度傳感器常用安裝方法及特點

第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)3．進行振動測量與信號分析

在確定了診斷方案（目前的頻譜分析儀還包括建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、設(shè)置巡檢路線等步驟）之后，根據(jù)診斷目的對設(shè)備進行各項參數(shù)測量。在所測量參數(shù)中必須包括標準中所采用的參數(shù)，以便在作狀態(tài)識別時使用。如果沒有特殊情況，每個測點必須測量水平、垂直和軸向3個方向的振動值。4．實施狀態(tài)判別根據(jù)測量數(shù)據(jù)和信號分析所得到的信息，對設(shè)備狀態(tài)作出判斷。首先判斷它是否正常，然后對存在異常的設(shè)備作進一步分析，指出故障的原因、部位和程度。對那些不能用簡易診斷解決的疑難故障，須動用精密手段加以確診。5．作出診斷決策通過測量分析、狀態(tài)識別等幾個程序，弄清了設(shè)備的實際狀態(tài)，為處理決策創(chuàng)造了條件。這時應(yīng)當提出處理意見，或是繼續(xù)運行，或是停機修理。對需要修理的設(shè)備，應(yīng)當指出修理的具體內(nèi)容，如待處理的故障部位、所需要更換的零部件等。6．檢查驗證第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.5軸承故障的振動診斷

滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最為廣泛的機械零件，它的工作好壞對機器的工作狀態(tài)有很大影響，其缺陷會導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生異常振動和噪聲，甚至造成設(shè)備損壞。1.滾動軸承的常見故障（1）磨損（2）疲勞（3）壓痕（4）腐蝕（5）電蝕（6）破裂（7）膠合（粘著）（8）保持架損壞2.滾動軸承振動信號的頻率特征第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

如圖2-12所示為滾動軸承的典型結(jié)構(gòu)。假設(shè)滾道面與滾動體之間無相對滑動，承受徑向、軸向載荷時各部分無變形，外圈固定，則滾動軸承工作時的特征頻率如下：(1)轉(zhuǎn)動頻率滾動軸承工作時多數(shù)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，也可能外圈轉(zhuǎn)動，但外圈轉(zhuǎn)動時由于帶動滾珠的線速度大，故軸承的壽命約減少1/3。轉(zhuǎn)動頻率可由它們的轉(zhuǎn)速n(r/min)求得：(2)滾動體自轉(zhuǎn)頻率

(3)滾動體公轉(zhuǎn)頻率（即保持架的轉(zhuǎn)動頻率）第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)（4）滾動體通過內(nèi)圈的一個缺陷時的沖擊振動頻率（5）滾動體通過外圈的一個缺陷時的沖擊振動頻率式中D——滾動體節(jié)徑（即滾動體中心所在圓的直徑）（mm）；

d——滾動體直徑（mm）；

z——滾動體數(shù)目；

α——接觸角。第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)圖2-12滾動軸承的典型結(jié)構(gòu)

第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)3.滾動軸承的振動測量4.振動信號分析診斷方法滾動軸承的振動信號分析故障診斷方法和精密診斷方法兩種。（1）滾動軸承故障的簡易診斷法：在利用振動對滾動軸承進行簡易診斷的過程中，通常是將測得的振幅值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標準進行比較，根據(jù)實測的振幅值是否超出了標準給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進一步進行精密診斷。①振幅值監(jiān)測。②峰值系統(tǒng)監(jiān)測。③峭度系數(shù)檢測。④沖擊脈沖法（SPM法）。⑤共振調(diào)解法（IFD法）第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)(2)滾動軸承故障的精密診斷法

滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分。①低頻信號分析法。②中、高頻信號絕對值分析法。第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.6齒輪故障的振動診斷

齒輪故障診斷的困難在于信號在傳遞中所經(jīng)的環(huán)節(jié)較多（齒輪-軸-軸承-軸承座-測點），高頻信號在傳遞中基本喪失，故需借助于較為細致的信號分析技術(shù)達到提高信噪比和有效地提取故障特征的目的。這一過程很難在一個簡單儀器中實現(xiàn)，所以到目前為止，還沒有專門的齒輪診斷儀問世。1.齒輪的異常及常見失效形式齒輪的異常通常包括以下三個方面：（1）制造誤差

(3)齒輪的損傷（2）裝配誤差第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.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、放大器及其他測量儀器測量出齒輪箱的振動和噪音信號，通過各種分析與識別仍然是最為有效的方法。但也應(yīng)看到，在許多情況下，從齒輪的嚙合波形也可以直接觀察出故障。

(1)嚙合頻率（2）齒輪振動信號的調(diào)制（3）齒輪振動信號中的其它成分3.齒輪的振動測量4.齒輪的簡易診斷方法第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)2.2.7旋轉(zhuǎn)機械常見故障的振動診斷

旋轉(zhuǎn)機械是指那些主要功能是有旋轉(zhuǎn)動作來完成的機械,例如離心式壓力機、汽輪機、鼓風(fēng)機、離心機、發(fā)電機、離心泵等。由于轉(zhuǎn)子、軸承、殼體、聯(lián)軸體、密封和基地等部分的結(jié)構(gòu)、加工及安裝方面的缺陷，使機械在運行中會產(chǎn)生振動；機械運行過程中，由于運行、操作、環(huán)境等方面的原因所造成的機械狀態(tài)的劣化，也會表現(xiàn)為振動的異常。（1）轉(zhuǎn)子不平衡在旋轉(zhuǎn)機械的各種異常現(xiàn)象中，由于不平衡造成的振動的情形占有很高的比例。由轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心之間的物理差異所引起的不平衡一般可分以下三種形式：①靜不平衡。③動不平衡。②偶不平衡。第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.2振動監(jiān)測與診斷技術(shù)（2）轉(zhuǎn)子軸線不對中旋轉(zhuǎn)機械在安裝時應(yīng)保證良好的對中，即連接的轉(zhuǎn)子中心線為一條連續(xù)的直線，并且軸承標高應(yīng)能適應(yīng)轉(zhuǎn)子軸心曲線運轉(zhuǎn)的要求，否則轉(zhuǎn)子軸線會產(chǎn)生不對中。旋轉(zhuǎn)機械因?qū)χ胁涣伎梢鸲喾N故障：①導(dǎo)致動、靜部件磨損，引起轉(zhuǎn)軸熱彎曲。②改變軸系臨界轉(zhuǎn)速，使軸系振型變化或引起共振。③使軸承載荷分配不均，惡化軸承工作狀態(tài)，引起半速渦動或油膜振蕩，甚至引起軸瓦升溫，燒毀軸瓦。（3）機械松動（4）油膜渦動和油膜振蕩第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

機器運行過程中所產(chǎn)生的振動和噪聲是反映機器工作狀態(tài)的診斷信息的重要來源。只要抓住所研究的機器零部件的生振發(fā)聲的機理和特征，就可對機器的狀態(tài)進行診斷。在機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)中，噪聲監(jiān)測也是較常用的方法之一。2.3.1噪聲測量聲音的主要特征量為聲壓、聲強、頻率，質(zhì)點振速和聲功率等，其中聲壓和聲強是兩個主要參數(shù)，也是測量的主要對象。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在機器噪聲監(jiān)測技術(shù)中，廣泛用FFT分析儀器進行實時的聲源頻譜分析。另外還采用了雙話筒互譜技術(shù)進行聲強測量，利用聲強的方向性進行故障定位和現(xiàn)場條件下的聲功率級的確定。1.噪聲測量用的傳聲器第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

傳聲器按機械能轉(zhuǎn)換成電能的方式不同，分為電容式傳聲器（其結(jié)構(gòu)如圖2-16所示）、壓電式傳聲器（如圖2-17所示）和駐極體式傳聲器。

圖2-16電容式傳聲器結(jié)構(gòu)簡圖圖2-17壓電式傳聲器結(jié)構(gòu)簡圖

2.聲級計聲級計是現(xiàn)場噪音測量中最基本的噪音測量儀器，可直接測量出聲壓級。一般由傳聲器、輸入放大器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、帶通濾波器、輸出放大器、檢波器和顯示裝置所組成第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

2.3.2噪聲源與故障源識別

噪聲檢測的一項重要內(nèi)容就是通過噪聲測量和分析來確定機器設(shè)備故障的部位和程度。首先必須尋找和估計噪聲源，進而研究其頻率組成和各分量的變化情況。從中提取機器運行狀況的信息。噪聲識別的方法很多、從復(fù)雜程度、精度高低以及費用大小等方面均有很多大差別，這里介紹幾種現(xiàn)場實用的識別方法。1.主觀評價和估計方法2.近場測量法3.表面振速測量法4.頻譜分析法5.聲強法第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

2.4溫度檢測技術(shù)2.4.1溫度測量基礎(chǔ)1.溫度與溫標(1)溫度溫度是一個很重要的物理量，他表示物體的冷熱程度，也是物體分子運動平均動能大小的標志。(2)溫標用來量度物體溫度高低的標準尺度叫作溫度標尺，簡稱溫標。2.溫度測量方式溫度測量方式可分為接觸式與非接觸式兩類。3.常用的溫度檢測儀表、儀器常見測溫儀表見表2-7。

第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

測溫方式分類名稱作用原理接觸測溫膨脹式溫度計：液體式、固體式液體或固體受熱膨脹壓力表溫度計：液體式、氣體式、蒸氣式封閉的固體容積中的液體、氣體或某種液體的飽和蒸氣受熱體積膨脹或壓力變化電阻溫度計導(dǎo)體或半導(dǎo)體受熱電阻變化熱電偶溫度計物體的熱電性質(zhì)非接觸測溫光電高溫計物體的熱輻射光學(xué)高溫計紅外測溫儀紅外熱像儀紅外熱電視表2-7測溫儀表、儀器分類表

第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

2.4.2接觸式溫度測量常用于設(shè)備診斷的接觸式溫度檢測儀表有下列幾種：1.熱膨脹式溫度計這種溫度計是利用液體或固體熱脹冷縮的性質(zhì)制成的，如水銀溫度計、雙金屬溫度計、壓力表式溫度計等。2.電阻式溫度用于電阻式溫度計的感溫元件有金屬絲電阻及熱敏電阻。（1）金屬絲電阻溫度計常用的測溫電阻絲材料有鉑、銅、鎳（2）半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計半導(dǎo)體熱敏電阻通常是用鐵，錳，鎳，鋁，鈦，鎂，銅等一些金屬的氧化物做原料制成，也常用它們的碳酸鹽，硝酸鹽和氯化物等做原料制成。它的阻值隨溫度升高而降低，具有負的溫度系數(shù)。第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

3.熱電偶溫度計熱電偶溫度計由熱電偶、電測儀表和連接導(dǎo)線所組成，廣泛地用于300-1300℃溫度范圍內(nèi)的測溫。（1）熱電偶測溫的基本原理由兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組成的閉合回路中，如果使兩個接點處于不同的溫度，回路就會出現(xiàn)電動勢，稱為熱電勢，這一現(xiàn)象即是熱電效應(yīng)，組成的器件為熱電偶。組成熱電偶的兩種導(dǎo)體，稱為熱電極。通常把一端稱為自由端、參考點或冷端，而另一端稱為工作端、測量端或熱端。如圖2-24所示。圖2-24熱電極

第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日返回章目錄2.3噪聲監(jiān)測與診斷技術(shù)

(2)標準化熱電偶