故障诊断习题及答案

1、工况监测与故障诊断复习题作业题1 概论1、 什么是工况监测与故障诊断？书P3工况监测与故障诊断是指在一定工作环境下，查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化发生的部位或部件，预测状态劣化的发展趋势2、 开展工况监测与故障诊断技术研究的意义？书P4预防事故，保证人身和设备的安全；推动设备维修制度的改革；提高经济效益3、设备状态监测与故障诊断技术包括哪几方面的内容？书 P5传统诊断方法 ,数学诊断方法，智能诊断方法2 故障的概念与分类1、 什么是故障？判断故障的准则是什么？书P7故障：故障是指可修复产品“丧失了其规定功能”，可修复产品是指零、部件经故障再经修理后能继续使用；判断故障的准则：在

2、给定的工作状态下，机械系统的功能与约束条件下不能满足正常运行或原设计期望的要求2、 机械系统产生故障的原因有哪些？书P7环境因素：机械能 机械能不但能沿着各个零件传递，而且还和外部介质发生相互作用，以静载荷和动载荷的形式对机械系统产生作用；热能 由于周围介质温度发生变化以及机械在运转过程中的发热作用， 会产生一定的热能；化学能 化学能也会对零件产生影响，如含有水分和侵蚀成分的空气会使零件产生腐蚀破坏；其他能量 除上述几种主要能量外，还有核能、电磁能以及生物因素等同样会对零件产生破坏作用，影响机械系统的工作能力；人为因素：设计不良 即使设计者认为是完美的机械系统，实际上总是存在者薄弱环节；质量偏

3、差 制造过程中的过失误差和明显缺陷，在机械系统检验时一般都会暴露出来，可以在制造范围内予以消除使用不当质量合格的机械系统，在其整个生命周期内的运输和保管技术要求、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，对实际故障率将产生很大影响时间因素3、 说明故障率曲线（浴盆曲线）意义？P124、什么是故障模式、故障机理？书P12故障模式：故障模式是指由外因和内因对机械系统共同作用结果所显现出来的故障形态故障机理：故障机理是指引起机械系统故障的物理、化学变化等的内在原因、规律及其原理。3 工况监测与故障诊断技术的技术知识1、 工况监测与故障诊断具体包括哪几个阶段？其基本内容有哪些？书

4、P17阶段：信号采集及其处理；状态监测；故障识别基本内容：在机械系统合适的部位，测取其有关状态的特征信号，这需要选择合适的传感器和测量方法；采用合适的征兆提取方法与装置，从特征信号中提取机械系统有关状态的征兆；采用合适的状态识别方法与装置，依据征兆进行推理而识别出机械系统的有关状态；采用合适的状态趋势分析方法与装置，依据征兆与状态进行推理而识别出有关状态的发展趋势，这里包括故障的早期诊断与预测；采用合适的决策形成方法与装置，从有关状态及其趋势形成正确的干预决策；或者深入系统的下一层次，继续诊断；或者已达指定的系统层次，做出调整、控制、自诊治、维修等有关决策。2、 设备工况监测与故障诊断技术的区

5、别与联系？书 P18 诊断是目的，监测是手段，监测是诊断的前提工况监测通常是指通过检测手段，采集和测量机械系统或部件在运行状态下的有关信息和特征参数，以此来检查机械系统或部件的状态是否正常机械系统或部件的故障诊断，不仅要检查出机械系统或部件是否正常，还要对机械系统或部件发生故障的部位、产生故障的原因、故障的性质和程度、给出正确的深入的判断，即要求作出精密诊断。3、 工况监测与故障诊断技术的分类？书P19按诊断对象的类别分类：旋转机械诊断技术；往复机械诊断技术；工程结构诊断技术；机械零件诊断技术液压系统诊断技术；电气设备诊断技术；生产过程总和诊断技术按诊断方法分类：振动与噪声监测法：A. 振动诊

6、断法B.声学诊断法；声学监测法；性能参数法：A. 温度诊断法B 强度诊断法C.压力流量诊断法D.表面形貌诊断法电参数诊断法；按诊断的目的、要求和条件的不同分类性能诊断和运行诊断；定期诊断和连续诊断；直接诊断和间接诊断在线诊断和离线诊断；简易诊断和精密诊断；4、 系统分析在工况监测与故障诊断中的作用及工作过程？书P25作用： 1.确定设计的监测与诊断系统的目标和系统的功能2.提出监测与诊断系统的初步技术方案3.提出监测与诊断系统设计的具体实施计划4.提出监测与诊断系统的关键技术问题，并进行分析研究。工作过程：主要分三步，第一，确定任务；第二，提出初步技术方案；第三，可行性分析5、 监测与诊断系统

7、的基本结构组成？书典型的检测与诊断系统由主机（PCP26机、工控机），分机（以单片机为核心、带有标准接口的仪器和相应的软件组成。4 性能参数监测1、 什么是性能参数监测？书P28机械系统操作人员从有关的工作参数提示中判断机械系统故障的经验和方法，称之为性能参数监测2、 选择监测参数的基本要求？书P28具有足够的信息量，并有典型意义；监测参数与故障形式之间应具有较高的灵敏度和较好的对应性；尽可能利用被监测对象的现有测量元件，若要重新配置，应在测量装置造价低的前提下，保证有一定的测量精度，并能实现参数的获得。3、 温度监测的方法有哪些？书P30温度测量范围甚广，测温仪表的种类也很多。按工作原理分，

8、有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射式等；按测量方式分，有接触式和非接触式两类4、非接触式温度测量方法有哪些？书P39热辐射温度计：物体热辐射能与温度的关系；辐射高温计红外测温仪器：红外探测器：A. 热敏探测器B. 光子探测器红外成像：A. 主动式红外成像B.被动式红外成像红外热电视红外测温仪5、振动监测技术1、振动的分类？振动三要素是？书P54分类：按激振情况分：自由振动；受迫振动；自激震动按振动规律分：确定性振动：A. 周期振动： a 简谐振动b.周期振动B. 非周期振动： a.准周期振动b.过渡振动随机振动：A. 平稳随机振动：a.窄频带随机振动b.宽频带随机振动B. 不平稳随机振动按振动频

9、率分：低频振动；中频振动；高频振动按描述振动系统的自由度划分单自由度系统振动；多自由度系统振动；无限自由度系统振动振动三要素：振幅d频率 f相位2.常用的测振传感器有哪些？书P58压电式加速度传感器、惯性式速度传感器、位移（电涡流式）传感器3、 振动信号时域统计分析常用参数有哪些？信号的幅值分析包括哪两方面？书P70常用参数：均值；均方值；方差。信号幅值分析包括：信号的幅值概率密度函数、幅值概率密度分布函数4、 信号频谱分析的特点？书P71信号频谱分析采用傅立叶变换将时域信号x(t) 变换为 X （f ），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成分的大

10、小，它能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息5、 说明轴系不对中的分类及故障特征？书P73分类：轴系不对中分为轴线平行且偏离一段距离、两轴线交叉和两轴线交错等几种形式故障特征：旋转时产生振动，使联轴节处于不正常工作状态6、 说明轴承不对中的故障机理？书P76轴承不对中实际上反映的是轴承坐标高和左右位置的偏差；轴承不对中同时又使轴颈中心和平衡位置发生变化，使轴系的载荷重新分配，负荷大的轴承油膜呈现非线性，在一定条件下出现高次谐波振动；负荷较轻的轴承易引起油膜涡动进而导致油膜震荡。支承负荷的变化还会使轴系的临界转速和振型发生改变。7、 转子弯曲的种类？振动机理及故障特性？书P77种类：永久性弯

11、曲和临时性弯曲振动机理：转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生于质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使轴两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动故障特性：转子永久性弯曲和临时性弯曲与转子质量偏心基本相同，其不同之处是，具有转子永久性弯曲故障的机器，开机启动时震动就较大；而转子临时性弯曲的机器，则是随着开机升速过程振幅增大到某一值后有所减小。8、 说明转子不平衡的故障机理及特征？书P78故障机理：由于有偏心质量m 和偏心距e 的存在，当转子转动时会产生离心力、离心力矩或两者兼有之。离心力的大小与偏心质量m

12、、偏心距e 及旋转角速度有关，即F=me 2。交变力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。特征：振动的时域波形近似为正弦波；频谱图中，谐波能量集中于基频，并且会出现较小的高次谐波，使整个谱图呈所谓的“枞树形”；当 < n 时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当>n 后，在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当接近于n 时，即转速接近临界转速时，发生共振，振幅最大值对转速的变化很敏感；当工作转速稳定时，转子相位稳定；转子的轴心轨迹为椭圆；从轴心轨迹观察其运动特征为同步正进动。9、 齿轮故障的常见形式和齿轮振动的类型？书P80常见形

13、式：齿面磨损；齿面划痕胶合；齿面点蚀和剥落；弯曲疲劳和断齿齿轮振动类型：啮合过程中产生的振动转子不平衡或不对中产生的振动齿轮的自由振动与自激振动10、什么是幅值调制和频率调制？P81幅值调制：载频的时域信号幅值受到调制信号的调制。频率调制：频率调制是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式，通过利用载波的不同频率来表达不同的信息。11、齿轮常见故障的振动信号的时域特征和频域特征？P81（ 1）均匀磨损时域特征：齿轮发生均匀磨损时，导致齿侧间隙增大，通常会使其正弦波式的啮合波形遭到破坏。频域特征：齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量nfc（ n 1， 2， ）在频谱图上的位置保持不变，但其幅

14、值大小发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。（ 2）齿轮偏心时域特征：当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动。频域特征：齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动，从而导致调幅现象，这时的调制频率为齿轮的回转频率，比所调制的啮合频率要小得多。（ 3）齿轮不同轴时域特征：当齿轮出现不同轴或不对中时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。频域特征：具有不同轴故障的齿轮，由于其振幅调制作用，会在频谱上产生以各阶啮合频率 nfc(n 1，2,)为中心， 以故障齿轮的旋转频

15、率fr为间隔的一阶边频族，即nfc士 fr （ n1， 2, ）。同时，故障齿轮的旋转特征频率mfr（ m 1， 2, ）在频谱上有一定反映。（ 4）齿轮局部异常时域特征：局部异常齿轮的振动波形是典型的以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲频域特征：具有局部异常故障的齿轮，由于裂纹、断齿或齿形误差的影响，将以旋转频率为主要频域特征，即mfr （ m 1， 2, ）（ 5）齿距误差时域特征：具有齿距误差的齿轮，其振动波形理论上应具有调频特性，但由于齿距误差一般在整个齿轮上以谐波形式分布，故在低频下也可以观察到明显的调幅特征。频域特征：有齿距误差的齿轮，由于齿距的误差影响到齿轮旋转角度的变化，在频率域表现

16、为包含旋转频率的各次谐波mfr（ m=1，2， ）、各阶啮合频率 nfc(n=1 ，2， )以及以故障轮的旋转频率为间隔的边频nfc 士 mfr （ n， m 1， 2, ）等。12、滚动轴承异常的基本形式？书P83疲劳剥落；磨损；腐蚀；断裂；塑性变形13、引起滚动轴承振动的原因？书P83外界激振因素（如转子不平衡、不对中和结构共振等）轴承工作表面缺陷引起的震动滚动体通过载荷方向产生的振动装配不正确轴承内、外圈的加工波纹润滑不良非线性振动14、滚动轴承振动的评定指标有哪些？书P85有效值也称均方根值，它是对时间的平均峰值是振动波形中的最大值，它的大小反映轴承由于表面剥落、裂纹等缺陷造成的冲击力

17、的大小波峰因数定义为振动峰值与有效值的比值6 油液监测技术1、 油液监测技术的定义及特点？P87油液监测技术将采集到的机械系统润滑油或工作介质样品，利用光、电、磁学等手段，分析其理化指标，检测所携带的磨损和污染物颗粒，从而获得机械系统的润滑和磨粒状态信息，定性和定量地描述机械系统的磨损状态，找出诱发因素，评价机械系统的工况和预测其故障，并确定故障部位、原因和类型。特点：油液监测技术是一种有效的机械系统工况监测和故障诊断方法2、 油液取样时应考虑哪些因素？书P88取样时刻、取样点位置、取样周期、取样方法和记录等。3、 油品理化检测方法有哪两种？定量。通常按国家或行业颁布的标准进行，检验结果准确、

18、可比性好，但需要专业仪器、一定的费用和专业水平。定性。通常分为综合测定或单项检测，这类方法易于掌握，获得结果快，便于现场使用，但需要积累经验，才能正确判断4、 常用的定性分析方法有哪几种？定量分析方法检验项目有哪些？（ 1） 定性分析方法。包括滤纸斑点试验和润滑油污染指数测定（ 2 ）定量分析方法。检测项目包括粘度、闪点、水分、酸值、机械杂质等5、 油料光谱分析原理？常用的光谱分析方法有哪几种？书P93原理：油料光谱分析是将光谱分析用于分析在用润滑油中的金属磨粒和污染物微粒的元素组成和含量，以评价取样的机械系统和零件的磨损程度，并预报其剩余寿命。方法：发射光谱分析、原子吸收光谱分析和X 射线荧

19、光光谱分析。6、 红外光谱分析原理？书P96不同的化合物的分子结构不同，在红外光谱上都会出现特定位置的吸收峰，通过典型峰位和峰面积的积分计算即可对油品的某些特性进行定量的或半定量的分析。7、 铁谱技术的分析实质及应用铁谱技术分析机械系统的磨损状态主要从哪几个方面进行？书P101实质：利用高梯度磁场的作用将机械系统摩擦副中产生的磨损颗粒从润滑油液中分离出来，并使其按照尺寸大小依次沉积在一显微基片上，而制成铁谱片，然后置于铁谱显微镜或扫描电子显微镜下进行观察；或者按照尺寸大小依次沉积在一玻璃管内，通过光学方法进行定量检测，以获得摩擦副磨损过程的各类信息，从而分析机械系统的磨损机理和判断磨损的状态。

20、四个方面： 根据主要磨粒的形成、颜色和尺寸等特征来判定机械系统（及有关零部件）所处的磨损阶段以及相应阶段发生的磨损类型（如疲劳、剥落、腐蚀等）及其磨损的程度；根据磨损量（及磨损曲线）对机械系统的磨损程度进行量的判断；根据磨损严重性，确定机械系统磨损的剧烈程度；根据磨粒的材质成分来判断机械系统磨损的具体部位及磨损零件。8、 铁谱分析特点？优点： 具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率 能同时进行磨粒的定性检测和定量分析 能够准确监测机械系统中一些不正常磨损的轻微征兆，具有磨损故障早起诊断的效果缺点： 对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低， 故对含有多种材质摩擦副的机械系统进行故障诊断时，往往有

21、所欠缺； 铁谱分析的规范化不够，分析结果对操作人员的经验有较大的依赖性，若缺乏经验，往往会造成误诊或漏诊。9、 常用的铁谱仪的原理及特点？P102-1067 无损检测技术1、 射线检测方法及检测原理？书P115方法：主要有透视照相法、电离检测法、X 射线荧光屏观察法、电视观察法及X 射线计算机层析摄影等。原理：基本原理是利用了射线通过物质时的衰减规律，即当射线通过物质时，由于射线与物质的相互作用发生吸收和散射而衰减。2、 超声波的特点及分类？书P120特点 :(1) 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。(2) 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。(3) 超声波与传声媒质的相

22、互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应） 。分类 : 纵波；横波；表面波；兰姆波3、 超声波检测方法有哪些？书P121(1) 接触法（ 2）液浸法（ 3）纵波脉冲反射法（ 5）表面波探伤法（ 6）兰姆波探伤法（ 7）穿透法4、 超声波检测设备有哪些？超声波检测的应用？书P124设备：（ 1）探头（ 2）超声波检测仪（3）试块（ 4）耦合剂应用：可用于压力容器、管道厚度的检测，箱体、床身、轴类、焊缝的探伤等（ 4）横波探伤法（8）共振法5、 磁粉检测原理？渗透检测原理？书P126磁粉检测原理：当材料或工件被磁化后，若在工件表面或近表面存在裂纹、冷隔等缺陷，便会在该处

23、形成一漏磁场。此漏磁场将吸引、聚集检测过程中施加的磁粉，而形成缺陷显示。渗透检测原理：利用渗透液的润湿作用和毛细现象等特性在被检材料和工件表面上浸、涂某些渗透力比较强的渗透液， 将液体渗入孔隙中， 然后用水或清洗剂清洗材料和工件表面的剩余渗透液，最后再将显示材料施加在被检工件表面，经毛细管作用，将孔隙中的渗透液吸出来并加以显示。6、 涡流检测原理？书P131基本原理：当载有交变电流的检测线圈靠近导电被检件时，因线圈磁场的作用，被检件中会感生出涡流。涡流的大小、相位及流动形式受被检件导电性等因素的影响，而涡流产生的反作用磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定线圈阻抗的变化。因此，通过测定

24、线圈阻抗的变化，就可以得出被检件的导电性能差别及有无缺陷等结论。8 状态监测数据的自动获取与管理1、 试设计一温度监测与控制系统，利用USB数据采集模块？2、 试设计一温度监测与控制系统，用无线数传模块进行数据采集与控制？9 液压系统的故障分析与诊断1、 液压系统故障分析与诊断的内容和过程？书P155内容：包括识别、预测和监控三个方面过程：根据液压设备功能要求，对液压系统运行状态进行诊断检测获取诊断信息，并将据此反映的运行状态特征与该系统要求的运行状态特征进行比较，从而对其运行状态及其液压系统故障进行识别或作出判断，最后采取相应的诊断决策2、 系统压力不正常的故障分析与诊断？书P165故障现象

25、及原因消除方法溢流阀、旁通阀损坏修理或更换减压阀设定值太低重新设定压力不足集成通道块设计有误重新设计减压阀损坏修理或更换泵、马达或缸损坏、内泄大修理或更换油中混有空气堵漏、加油、排气溢流阀磨损、弹簧刚性差修理或更换压力不稳定油液污染、堵塞阀内阻尼孔清洗、换油蓄能器或充气阀失效修理或更换泵、马达或缸磨损修理或更换减压阀、溢流阀或卸荷阀设定值不对重新设定压力过高变量机构不工作修理或更换减压阀、溢流阀或卸荷阀堵塞或损坏清洗或更换3、 系统动作不正常的故障分析与诊断？书P165故障现象及原因系统压力正常，执行元电磁阀中电磁铁有故障消除方法排除或更换件无动作限位或顺序装置（机械式、电气式或调整、修复或更

26、换液动式）不工作或调得不对机械故障排除没有指令信号查找、修复放大器不工作或调得不对调整、修复或更换阀不工作调整、修复或更换缸或马达损坏修复或更换泵输出流量不足或系统泄漏太大检查、修复或更换油液粘度太高或太低检查、调整或更换阀的控制压力不够或阀内阻尼孔堵塞清洗、调整执行元件动作太慢外负载过大检查、调整放大器失灵或调得不对调整、修复或更换阀芯卡涩清洗、过滤或换油缸或马达磨损严重修理或更换压力不正常油中混有空气加油、排气指令信号不稳定查找、修复动作不规则放大器失灵或调得不对调整、修复或更换传感器反馈失灵修理或更换阀芯卡涩清洗、滤油缸或马达磨损或损坏修理或更换4、 系统油温过高的故障分析与诊断？书P1

27、67故障现象及原因消除方法设定压力过高适当调整压力溢流阀、卸荷阀、压力继电器等卸荷回路的改正各元件的不正常工作状况元件工作不良卸荷回路的元件调定值不适当，卸压时间短重新调定，延长卸压时间阀的漏损大，卸荷时间短修理漏损大的阀，考虑不采用大规格阀高压小流量，低压大流量时不要由溢流阀溢变更回路，采用卸荷阀、变量泵流因粘度低或泵有故障，增大了泵的内泄漏换油、修理、更换液压泵量，使泵壳温度升高油箱内油量不足加油、加大油箱油箱结构不合理改进结构，使油箱周围温升均匀蓄能器容量不足或有故障换大蓄能器，修理蓄能器需要安装冷却器，冷却器容量不足，冷却器安装冷却器，加大冷却器，修理冷却器的故障，有故障，进水阀门工作不良，水量不足，油修理阀门，增加水量，修理调温装置温自动调节装置有故障溢流阀遥控口节流过量，卸荷的剩余压力高进行适当调整管路的阻力大采用适当的管径附近