机械设备故障应用诊断技术

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1、,陶鑫,机械设备故障应用诊断技术,设备故障模式 设备故障的分类 故障概率与故障率 故障理论与故障规律 诊断技术与诊断实例,第一部分 设备故障的模式,属于机械零部件材料性能方面的故障：包括疲劳、断裂、裂纹、蠕变、过度变形、材质劣化等。 属于化学、物理状况异常方面的故障：包括腐蚀、汕质劣化、绝缘绝热劣化、导电导热劣化、溶融、蒸发等。 属于机械设备运动状态方面的故障：包括振动、渗漏、堵塞、异常噪声等。 多种原因的综合表现：如磨损等。造成配合件的间隙增大或过盈丧失、固定和紧固装置松动与失效等。,第二部分 设备故障的分类,设备故障的分类,1、临时性故障：临时性故障又称为间断故障，它多半是由机械设备的外部

2、原因 引起的。例如：操作失误、运输条件中断等造成。当这些外部干扰消除后，运转即可正常。 2、永久性故障： （1）按故障发生时间分类 （2）按故障表现形式分类 （3）根据故障产生的原因分类 （4）按故障造成的后果分类,按故障发生时间分类,1）、早发性故障：这是由于机械设备在设计、制造、装配、安装、调试等方面存在问题引起的。如新购入的机床液压系统严重漏油或噪声很大。 2）、突发性故障：这是由于各种不利因素和偶然的外界因素共同作用的结果。此类故障发生的特点是具有偶然性和突发性，事先无任何征兆，一般与使用时间无关，难以预测。但它容易排除，通常不影响寿命。 3）、渐近性故障：它是因机械设备技术参数的劣化

3、过程，包括腐蚀、磨损、疲劳、老化等，逐渐发展而形成的。其特点是故障发生的概率与使用时间有关，只是在机械设备有效寿命的后期才明显地表现出来。故障一经发生，就标志着寿命的终结。通常它可以进行预测，大部分机械设备的故障都属于这一类。 4）、复合型故障：这类故障包括上述故障的特征，其故障发生的时间不定。机械设备工作能力耗损过和的速度与耗损的性能有关。如摩擦副的磨损过程引起渐进性故障，而外界的磨粒会引起突发性故障。,按故障的表现形式分类,1）、功能故障：机械设备应有的工作能力或特性明显降低，甚至根本不能工作，即丧失了它应有的力能。这类故障可通过操作者的直接感受或测定其输出参数而判断。例如精度丧失、传动效

4、率降低，速度达有到标准值。 2）、潜在故障：故障逐渐发展，但尚未在功能方面表现出来，却又接近萌发的阶段。当这种情况能够鉴别时，即认为是一种故障现象称为潜在故障。,根据故障产生的原因分类,1）、人为故障：由于在设计、制造、大修、使用、运输、管理等方面存在问题，使机械设备过早地丧失了应有的功能，如错用等。 2）、自然故障：机械设备在其使用和保有期内，因受到外部或内部各种不同的自然因素影响而引起的故障，如磨损、老化等。,按故障造成的后果分类,1）、致命故障：这是指危及或导致人身伤亡，引起机械设备报废或造成重大经济损失的故障。 2）、严重故障：是指严重影响机械设备正常使用，在较短的有效时间内可以排除的

5、故障。 3）、一般故障：明显影响机械设备正常使用，在较短的有效时间内可以排除的故障。 4）、轻度故障：轻度影响机械设备正常使用，能在日常保养中用随机工具轻易排除的故障。如零件松动等。,第三部分 故障概率与故障率,故障概率,设备的技术状况总是随着时间的延长而逐渐恶化的因而设备的使用寿命总是有限的。由此可知，设备发生故障的可能性总是随着时间的延长而增大的，因而它可以看作是时间的函数。但同于设备故障的发生具有随机性，即无论哪一种故障、人们都难以预料它的确切发生时间。故设备发生故障的情况都只能用概率来表示，称为故障概率,从概率的概念出发，由概率理论可知，故障概率的分布是其密度函数f(t)积累函数，即故

6、障发生的时间比率，或单位时间内发生的故障的概率。它是单调增函数。故障概率可用公式表示： 式中F(t)-故障概率 f(t)-故障概率分布密度函数 t-时间 当t= 时，即 机械设备在规定的条件下和规定的时间内不发生故障的概率称为无故障概率，用R(t）表示。 故障概率与无故障概率构成了一个完整的事件组，即 或,故障率,故障率是指在每一个时间增量里产生故障的次数或在时间t之尚未发生故障，而在随后的t时间之内可能发生故障的条件概率，用 （t ）来表示，其数学关系式为： 该式说明故障率为某一瞬时可能发生的故障，相对于该瞬时无故障概率之比,故障率的类型,根据不同的变化规律，故障率的类型也不尽相同。可分为以

7、下三种类型： 1）、渐减性故障率 2）、恒定性故障率 3）、渐增性故障率,渐减性故障率,即故障率是随时间的延长而故障减小。 1、这种故障率通常反映机械设备早期发生故障的情况。 2、这是由于产品设计、制造、检验和装配中存在着缺陷和失误，因而在开始投入运转时便有很高的故障率。 3、随着运转时间的延长和对出现故障的不断排除，故障率便逐渐降低，这种情况在机械设备投入生产时较为明显。,渐减性故障率曲线,O,t,恒定性故障率,即故障率为一常数，它不随时间而发生变化。 1、广泛用于描述各种物理量的衰变和衰减的过程。 2、在工程机械中它可以来描绘突发性故障，因为突发性的故障在任何时候发生的机会都是相等的，因此

8、，其故障率可以看作是一个常数。 3、由于突发性故障与机械使用时间无关，它是任何时候都可能发生的，因此又把用不变失效率来描述的故障称为随机故障或偶然故障。,O,t,恒定性故障率曲线,渐增性故障率,指故障率随机械设备使用时间的延长而升高的情况。 1、这是由于组成机械的零件在使用过程中逐渐丧失其功能而引起的现象。 2、由于渐增性故障率在产品使用寿命的后期变得很大，并且其故障难以通过一般的方法来消除，因此也将这种故障称为耗损故障。,O,t,渐增性故障率曲线,机械产品在整个寿命期内故障率曲线,1、上述故障率曲线称为“浴盆曲线”。 2、从不同故障出现的时机来看，机械设备在开始使用阶段具有较高的故障率，而且

9、此故障障率是渐减性；机械设备到了有效寿命的后期，其故障率便不断增大，是渐增性；而在其他使用期内，故障为恒定性，而且其值甚小。 3、对应各不同故障率曲线的时间范围分别称为早期故障期、随机故障期和耗损故障期。 4、然而，从机械设备使用者的角度出发，对于曲线所表示的早期故障，由于机械设备在出厂前和安装的过程中经过充分调试，可以认为基本得到消除，因而可发不必考虑。 5、随机故障通常容易排除，且一般不决定机械设备的寿命。惟有耗损故障才是影响机械设备有效寿命的决定因素。,O, （t）,t,有效寿命,早期故障期,随机故障期,耗损故障期,第四部分 故障理论与故障规律,故障理论,故障理论揭示了机械设备在使用过程

10、中的运动规律，它包括故障统计分析即故障宏观理论和故障物理分析即故障微观理论。,O,O,f(t),u(t),t,t,零部件状态参数的变化与故障概率分布密度函数 状态函数U(t)达到极限值uc后，即引起故障,uc,故障规律,1、在机械设备使用的后期，也就是耗损期，大量组成的零件状态不断劣化。 2、用一组曲线表示各零部件的参数变化规律，即可根据各零部件达到极限指标的时刻而得到机械设备的故障颁布规律。 3、一般规律可写成如下公式： 式中u(t)-状态参数 c、v-常数 t-时间 u0-初始参数,故障产生的主要原因及内容,减少设备故障的注意事项,载荷 环境 保养和操作,第五部分 诊断技术与应用实例,设备

11、诊断技术的定义,诊断技术是指机械设备在不拆卸的情况下、用仪器仪表荼取有关输出参数和信息，并据此判断机械设备技术状况的技术手段。 1、在机械设备中，通过诊断手段所获取的各种信息，都是机械设备的一定技术状况的反映。 2、机械设备的故障率是与机械设备的使用条件有关的，超越一定范围的诊断参数就是机械设备故障的征兆。 3、随着诊断技术的发展，各种新的诊断设备不断出现，功能日益齐全，使得利用诊断手段来断定机械的技术状况已逐渐成为可能。,机械设备诊断技术的基本任务,1、建立诊断参数与状态参数之间的相互关系。大多数情况下，这种情况是通过实际试验取得的。 2、建立起状态参数或诊断参数随时间而变化的数学模型，即获

12、得机械损坏的规律，从面实现寿命的预测。 3、提供获取诊断信息和信息处理所必须的手段,诊断技术的分类,1、简易诊断和精密诊断 2、功能诊断和运行诊断 3、定期诊断和连续诊断 4、直接诊断和间接诊断 5、常规诊断和特殊诊断,设备状态常用判断标准,1、绝对判断标准：在同一部位测定的值与“判断标准”相比较，判断的结果为良好/注意/不良 2、相对判断标准：对同一部位定期测定，按时间先后进行比较，将正常情况的值定为初始值，根据实测值达到的倍数进行判断。 3、类比判断标准：有数台机型相同的机械时，按相同条件将它们进行测定，经过相互比较作出判断。,故障诊断常用的技术,一、检查测量技术 1、应力参数测量技术 2

13、、征兆参数测量技术 二、信号处理技术 三、识别技术 1、决定论的识别方法 2、概率论的识别方法 四、预测技术 1、对策论法 2、概率论统计法,诊断技术的形式和方法,一、机械运转中的检测 1、凭人的五感进行外观检查 2、振动测量 3、噪声检测 4、温度测量 5、声发射检测 6、油样分析 7、频闪观察法 8、泄漏检测 9、厚度检测 10、性能指标的测定 二、机械设备停机检测： 1、主要精度的检测 2、内部缺陷的检测,PART 1：齿轮失效故障诊断,应用诊断实例,齿轮失效的形式：,一、轮齿折断 二、齿面点蚀 三、齿面磨损 四、齿面胶合 五、齿面塑性变形,诊断方法,1、简易诊断法：一对齿轮啮合传动时，

14、某一轮齿进入啮合到退出啮合的时间，称为啮合周期。啮合周期的倒数则为啮合频率，用 表示，其表达式为： 或 式中 z1 -大齿轮齿数 n1-小齿轮转速（r/min） z2 -小齿轮齿数 n2-大齿轮转速（r/min） 通过传感器对运动齿轮的引出端，如普通减速器的轴承座盖等监测部位进行振动监测，并对监测测得的噪声谱进行技术分析，从而对齿轮进行诊断。测定时应尽可能的沿水平、垂直、轴向三个方向进行。 诊断的齿轮的转速可在100r/min以上。简易诊断的项目主要是齿轮的偏心、齿距的误差，齿形误差、齿面磨损、齿根部较大裂纹。,2、精密诊断方法：齿轮诊断监测的振谱是各具特点的，其中， 啮合频率 在故障诊断中有

15、着重要意义。以下各类故障在频域中的显示特点可作精密诊断时的参考： 1）、当齿轮磨损时，啮合频率 及其谐频分量保持不变，但幅值大小会有所变化，高次频率分量的幅值将明显增大。 2）、当齿廓有变形或齿根有裂纹时， 的幅值变大，其谐频分量也增加。 3）、当齿轮中出现断齿时，由于断齿间隙影响了与齿数有关的啮合周期，从而影响到了 、 及其频率分量的变化（ 为固有频率） 4）、当齿轮轴出现平衡不准、对中性不好和松动的缺陷时，将出现 的低次谐波。 5）、齿轮有制造误差，将出现一个特定的转频谐波。 6）、当齿圈有偏心时，除振幅增大外，将出现以与偏心有关的 、 为高频的调幅信号。 7）、当齿轮有角速度波动时，由于 ，则出现调频现象。,应用诊断实例,PART 2：滚动轴承失效故障诊断,滚动轴承失效故障诊断,滚动轴承用来支承轴作滚动旋转运动并承受轴传来的载荷。一旦滚动轴承精度降低或失效，那么，支承在轴承上的轴的运动精度也将受到破坏，甚至使轴无法工作。 1、诊断方法：轴承异常的诊断方法，通常有如下几种： 振动： 噪声： 温度： 磨损颗粒分析： 轴承间隙测定： 油膜的电阻 2、轴承诊断的仪器,轴承的损伤现象和检测方法,注：有效；有可能；不适用,应用诊断实例,PART 3：滑动轴承失效故障诊断,滑动轴承失效故障诊断,轴承是用以支承运动件作滑动旋转运动并承受运动件所传来的