《机电设备故障诊断技术及应用》高职全套教学课件

《机电设备故障诊断技术及应用》项目1设备故障诊断技术基础项目2旋转机械故障诊断技术项目3典型零部件故障诊断技术项目4设备故障诊断的其他方法全套可编辑PPT课件

本课件是可编辑的正常PPT课件设备故障诊断技术基础1项目本课件是可编辑的正常PPT课件设备故障诊断技术概述机械振动信号测试故障诊断常用传感器认知设备振动诊断的分析方法1234目录CONTENTS本课件是可编辑的正常PPT课件素质目标通过本项目的学习，学生应掌握丰富的科学文化知识，树立坚定的政治信念与信仰，养成良好的职业道德修养、纪律观念与敬业精神，并逐步激发出社会责任感与职业认同感，在学习、工作、生活等方面逐渐成熟，对政治观、人生观、价值观等有更加正确的理解。本课件是可编辑的正常PPT课件课程思政（1）通过观看视频，学生应了解故障诊断的基本方法和发展方向，在潜移默化中认可本门课程的意义，从而更好地掌握本门课程。（2）通过观看视频，学生应了解我国高新科技产品的研发是如何突破其他国家的技术封锁并实现弯道超车的，从而激发爱国情怀及学习热情。视频：故障诊断行业发展前景视频：量子芯片本课件是可编辑的正常PPT课件课程思政（3）通过观看视频，学生应了解什么是工匠精神，知道我国向工业强国迈进的过程中倡导工匠精神的原因。（4）通过观看视频，学生应了解故障诊断的工作过程，对故障诊断产生浓厚的学习兴趣，把掌握专业技术作为奋斗目标，从而努力学习。视频：工匠精神综述视频：港口机械设备故障诊断的应用本课件是可编辑的正常PPT课件任务1设备故障诊断技术概述1本课件是可编辑的正常PPT课件任务目标知识目标：了解设备故障诊断的意义，以及设备故障的定义及分类；掌握设备故障诊断的目的、任务及基本方法；掌握设备故障诊断技术的具体内容；重点掌握设备诊断仪器的功能及作用。能力目标：能简单操作设备诊断仪器。本课件是可编辑的正常PPT课件任务引入先进的智能运维体系已经越来越多地应用在企业生产活动之中，而高级的设备故障诊断分析技术在设备智能运维体系中已经处于核心地位。本任务从多个角度分析了设备故障诊断的重要性，重点叙述了设备故障诊断技术的具体内容和分类方法，使学生对学习设备故障诊断技术产生浓厚的兴趣。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.1.1设备故障诊断的意义、目的和任务1.设备故障诊断的意义随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。由于许许多多无法避免的因素的影响，有时设备会出现各种各样的故障，以致降低或失去预定的功能，造成严重的甚至灾难性的事故。国内外发生的各种空难、海难、爆炸、断裂、倒塌、毁坏、泄漏等恶性事故，造成了人员伤亡，产生了严重的社会影响。即使是生产中的常见事故，也因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成巨大的经济损失。严重的灾难性事故触目惊心，不但造成巨大的经济损失，而且造成很大的人员伤亡和环境污染，在社会上引起了强烈的反思。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接例如：美国三里岛核电站事故苏联切尔诺贝利核反应堆泄露事故日本福岛核电站泄漏事故本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接美国“挑战者”号航天飞机失事使美国航天事业的发展一度陷于停顿。这些都是对整整一个产业的打击。挑战者航天飞机升空后爆炸本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接还有其他许多发电机事故也是严重的，都造成了巨大的经济损失。因此，保证设备的安全运行，消除事故，十分迫切。1972年日本关西电力公司南海电厂3号机组——600MW汽轮发电机组因振动引起严重的断轴毁机事故我国1985年大同电厂的200MW汽轮发电机组的严重断轴毁机事故我国1988年秦岭电厂的200MW汽轮发电机组的严重断轴毁机事故本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接现代设备运行的安全性与可靠性取决于两个方面：

一一是设备设计与制造的各项技术指标的实现，为此设计中要采用可靠性设计方法，要有提高安全性的措施；二是设备安装、运行、管理、维修和诊断措施。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.设备故障诊断的目的（3）（2）（1）能及时、准确地对各种异常状态或故障状态做出诊断、预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障损失降低到最低水平。通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。保证设备发挥最大的设计能力，制订合理的检测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接国际计量测试联合会（IMEKO）第三届国际会议上曾报道美国Perkrul发电厂实施故障诊断的经济效益情况分析（见表1-1），从表中可见，故障诊断系统的收益甚至可达到投入的36倍。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接日本报道，实施故障诊断后，事故率可减少75%，维修费用可降低25%~50%；英国报道，对2000个大型工厂的调查表明，采用诊断技术后每年节省维修费用3亿英镑，而用于故障诊断的成本为0.5亿英镑，收益为投入的6倍，净获益达2.5亿英镑／年。（2）对生产单位，配置故障诊断系统将能延长设备检修周期，缩短维修时间，为制订合理的检测维修计划提供基础，极大地提高经济效益。（3）宏观上从全社会生产的角度看，花费的设备维修费用是一笔巨大的数目，而实施故障诊断带来的经济效益是巨大的。我国的情况是，1987年我国国有工业企业有40万家以上，总固定资产约7000亿元，每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的3%~5%，采用诊断技术改善维修方式和方法后，一年取得的经济效益可达数百亿元。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接3.设备故障诊断的任务设备故障诊断的任务是监测设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并加以消除；指导设备的管理与维修。1）设备状态监测通常设备的状态可分为故障异常正常指设备的整体或其局部没有缺陷，或虽有缺陷但其性能仍在允许的限度以内。指缺陷已有一定程度的扩展，使设备状态信号发生一定程度的变化，设备性能已劣化，但仍能维持工作。指设备性能指标已有大的下降，设备已不能维持正常工作。设备的状态本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接状态监测的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录。对异常状态做出报警，以便运行人员及时加以处理，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据。2）预测和诊断设备故障并加以消除故障诊断的任务是根据状态监测所获得的信息，结合已知的结构特性和参数以及环境条件，结合该设备的运行历史（包括运行记录和曾发生过的故障及维修记录等），对设备可能要发生的故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障继续发展和消除故障的调整、维修、治理的对策措施，并加以实施，最终使设备恢复到正常状态。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接设备上不同部位、不同类型的故障，引起设备功能的不同变化，导致设备整件及各部位状态和运行参数的不同变化。故障诊断的任务就是当设备某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数据繁多，必须找出其中的特征信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在故障的类型及其所在部位的过程，因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。故障诊断的困难在于：一种故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应多种故障。例如，旋转机械转子的不平衡故障引起振动增大，其中相应于转速的工频分量占主要成分，其是主要征兆，同时还存在一系列其他征兆。反过来，工频成分占主要成分这一征兆不只是不平衡的独特征兆，还有许多其他故障也都对应这一征兆。这就为故障诊断增加了难度。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接3）指导设备的管理与维修设备故障诊断技术的发展，一方面使设备在运行过程中的安全性得到了一定的保证，有可能在设备发生故障前即能得到预报，及时采取措施，防止事故进一步发展，使故障可以及时得到处理；另一方面，设备故障诊断技术的发展有可能完善设备的维修制度，这具有十分重大的经济意义。随着我国故障诊断技术的进一步发展和实施，我国的设备管理、维修工作将提升到一个新的水平。我国工业生产的设备完好率将会进一步提高，恶性事故将会进一步得到控制，我国的经济建设将会得到更健康的发展。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.1.2设备故障诊断基本方法1.传统的故障诊断方法利用故障所对应的征兆来诊断故障，这是最常用、最成熟的方法。利用各种物理和化学原理手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。首先A其次B本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.故障的智能诊断方法在上述传统的诊断方法的基础上，将人工智能的理论和方法用于故障诊断。发展智能化的诊断方法，是故障诊断的一条全新的途径，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。人工智能的目的是使计算机去做原来只有人才能做的智能任务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等功能。专家系统是实现人工智能的重要形式，目前已广泛用于诊断、解释、设计、规划、决策等各个领域。现在国内外已发展了一系列用于设备故障诊断的专家系统，获得了很好的效果。专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间（包括数据库）组成。实际的专家系统还应有知识获取模块、知识库管理维护模块、解释模块、显示模块以及人机界面等。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接专家系统的核心问题是知识的获取和知识的表示。知识获取是专家系统的“瓶颈”，合理的知识表示方法能合理地组织知识，提高专家系统的能力。为了使诊断专家系统拥有丰富的知识，必须进行大量的工作。要对设备的各种故障进行机理分析，其中有的可建立数学模型，进行理论分析；需要进行现场测试和模型试验；特别需要总结领域专家的诊断经验，整理成计算机所能接受的形式化知识描述；还需要研究计算机的知识自动获取的理论和方法。3.故障诊断的数学方法设备故障诊断技术作为一门学科，尚处在形成和发展之中，必须广泛利用各学科的最新科技成就，特别是要借助各种有效的数学工具，包括基于模式识别的诊断方法，基于概率统计的诊断方法，基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法，以及神经网络、小波变换、分形几何等新发展的数学分支在故障诊断中的应用等。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.1.3设备故障的定义和分类1.设备故障的定义机器设备是工业生产的物质手段，是生产力的重要组成部分。机器设备能否安全、正常运行直接关系到一个企业乃至部门、国家的经济发展情况。对于机器设备故障的定义目前尚未有统一的说法，各种文献上的定义也都不尽相同。在一般情况下，故障是指：01设备（系统）在规定条件下，不能完成规定的功能；（1）02设备（系统）在规定条件下，一个或几个性能参数不能保持在规定的上下限值之间；（2）03设备（系统）在规定的应力范围内工作时，导致设备（系统）不能完成其功能的机械零件、结构件或元器件的破裂、断裂、卡死等损坏状态。（3）本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接除上述对故障一词的定义外，国内外一些学者也提出了各自的看法。一种是从设备维修的角度出发，定义设备的故障为设备运行的功能失常，其功能偏离可以通过参数调节得到恢复，或者认为故障还包括系统的或局部的功能失效，此时，除了更换产生故障原因的零部件外，无法使系统的功能恢复正常。另一种是从诊断对象出发，定义一个系统的故障为它的输入与所预期的输出不相容，或系统的观察值与由系统的行为模型所得的预测值之间存在矛盾。再一种是从状态识别的角度出发，定义设备的故障为它的不正常状态。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接美国政府发布的《工程项目管理人员测试性与诊断性指南》（AD-A208917）把故障定义为“造成装置、组件或元件不能按规定方式工作的一种物理状态”。以上几种对设备故障的定义是从不同角度出发的，但也有其共同观点，即当设备出现故障时，其性能达不到规定要求，因而不能进行正常工作。要对设备故障下一个能包含全部含义和内容的定义并非易事，我们仅根据本书编写的旨意进行定义。由于本书内容是紧密结合工程实际，诊断对象以旋转机械为主兼顾其他设备，因而定义设备的故障为：设备在运行过程中出现异常，不能达到预定的性能要求，或者表征其工作性能的参数超过某一规定界限，有可能使设备部分或全部丧失功能的现象。有时也应用特定词“失效”，如设备因腐蚀而失效，也属故障范畴。在一般情况下两者是同义词。但严格地说，失效与故障是有区别的，一般地，所有失效都属故障，但不是所有的故障都是失效。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.设备故障的分类由于机器设备多种多样，因而故障的形式也有所不同，必须对其进行分类研究，以确定采用何种诊断方法。故障分类的形式主要有以下几种。01（1）暂时性故障。这类故障带有间断性，是在一定条件下，系统所产生的功能上的故障.

（2）永久性故障。这类故障是由某些零部件损坏而引起的，必须经过更换或修复后才能消除故障。1）按故障存在的程度分类02（1）突发性故障。出现故障前无明显征兆，难以靠早期试验或测试来预测。

（2）渐发性故障。设备在使用过程中某些零部件因疲劳、腐蚀、磨损等使性能逐渐下降，最终超出允许值而发生的故障。2）按故障发生、发展的进程分类本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接03（1）破坏性故障。它既是突发性的又是永久性的，故障发生后往往危及设备和人身安全。（2）非破坏性故障。一般它是渐发性的又是局部性的，故障发生后暂时不会危及设备和人身的安全。3）按故障的严重程度分类04（1）外因故障。因操作人员操作不当或环境条件恶化而造成的故障。

（2）内因故障。设备在运行过程中，因设计或生产方面存在的隐患而造成的故障。4）按故障发生的原因分类05（1）相关故障。也可称间接故障。（2）非相关故障。也可称直接故障。5）按故障的相关性分类本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接6）按故障发生的时期分类（1）早期故障（磨合期）。这种故障的产生可能是由于设计加工或材料上的缺陷，在设备投入运行初期暴露出来，或者是有些零部件如齿轮箱中的齿轮对及其他摩擦副需经过一段时期的“跑合”，使工作情况逐渐改善。这种早期故障经过暴露、处理、完善后，故障率开始下降。（2）使用期故障。这是产品有效寿命期内发生的故障，这种故障是由于载荷（外因，运行条件等）和系统特性（内因，零部件故障、结构损伤等）无法预知的偶然因素引起的。（3）后期故障（损坏期故障）。它往往发生在设备使用的最后阶段，由于设备长期使用，甚至超过设备的使用寿命后，设备的零部件逐渐磨损、疲劳、老化等原因使系统功能退化，最后可能导致系统发生突发性的、危险性的、全局性的故障。这期间设备故障率是上升趋势，通过监测、诊断，发现失效零部件后应及时更换，以避免发生事故。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接上述按使用时期对故障进行分类，其故障率变化关系可以用图1-1来表示，图中所示的曲线又称“浴盆”曲线。这种分类方法对设备的维修工作具有一定意义。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.1.4设备故障诊断技术的内容和分类及设备维修方式1.设备故障诊断技术的内容设备故障诊断技术的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三个方面。其具体实施过程可以归纳为以下四个方面。1）信号采集4）诊断决策01022）信号处理033）状态识别04本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接上述诊断内容可用图1-2来表示。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.设备故障诊断技术的分类本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接3.诊断技术与维修方式设备的管理与维修方式的发展经历了三个阶段，即早期的事后维修方式，发展到定期预防维修方式，现在正向状态预知维修方式发展。定期预防维修方式可以预防事故的发生，但可能出现过剩维修或不足维修的弊病。状态预知维修是一种更科学、更合理的维修方式，但要做到状态预知维修，有赖于完善的状态监测和故障诊断技术的发展和实施。这也是国内外近年来对故障诊断技术如此重视的一个原因。1）事后维修方式2）定期预防维修方式3）状态预知维修（或视情维修）方式本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作（1）故障诊断仪器的认知。故障诊断仪器包含精密点检仪、频谱分析仪、设备故障诊断分析系统、加速度传感器、转速传感器等，见表1-2。视频：设备故障诊断仪器的认知本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作（2）完成仪器认知的学习后，请完成表1-3。本课件是可编辑的正常PPT课件考核标准仪器使用认知评分标准见表1-4。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题设备状态监测的任务是什么？设备故障诊断的任务是什么？设备故障主要有哪几种分类形式？简述设备故障诊断技术的分类形式。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展将人工智能的理论和方法应用于故障诊断，发展智能化的故障诊断技术，是设备故障诊断的一条新的途径。智能化的故障诊断专家系统现已得到广泛的应用，成为设备故障诊断技术的一个主要方向。故障诊断领域的问题非常复杂，往往需要人类专家的经验知识才能解决，而表达和处理这种启发性的经验知识正是专家系统的特长。所以，专家系统在故障诊断领域得到了广泛应用，出现了许多设备故障诊断专家系统。例如，EGGZdaha公司研制的用于诊断和处理核反应堆事故的诊断专家系统，通用电气公司研制的用于内燃电力机车的诊断专家系统DEI-AT，以及美国Westinghouse公司研制的汽轮发电机组故障诊断专家系统（包括汽轮机、发电机和水化学处理三个人工智能在线诊断系统，即TurbinAID、GenAID和ChemAID）等。这些系统的应用取得了巨大的经济效益。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展专家系统的分类方法有多种。Haves-Roth等人把专家系统按其所解决的问题性质分为以下十类。（1）解释型：通过对采集到的数据进行分析，解释这些数据的真实含义。例如，由质谱函数解释化合物分子结构的DENDRAL系统等。（2）预测型：在给定的情况下，推测未来可能发生或出现的情况。例如，各种天气预报专家系统、农业灾情预测系统及军事预测系统等。（3）监测型：将监测对象的行为同期望的行为进行比较，实时监测系统的工作。监测系统可用于核反应堆、航空、发电厂、化工流程及医疗等方面。（4）诊断型：根据得到的事实推断出诊断对象，如一台机械设备中可能存在的故障。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展这类系统主要用于医疗机械、电子等领域的诊断。例如，用于诊断和治疗感染性疾病的专家系统MYCiN，计算机硬件故障诊断系统DART，核反应堆故障诊断系统REACTOR，旋转机械故障诊断专家系统DIVA等。（5）设计型：根据给定的要求，设计出所需要的方案或模型。这类系统主要用于集成电路的设计、建筑设计和预算编制等。例如，DEC公司的计算机配置系统XCON（即RI)就是一个典型的例子。（6）规划型：根据给定的目标来制订行动步骤。这类系统可用于机器人行动、实验步骤、军事行动等规划问题。（7）调试型：给出已确认故障的排除方法。（8）维修型：根据纠错方法的特点，制订合理的行动规划并实施纠错计划。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展（9）控制型：能自动控制系统的全部行为，通常用于生产过程的实时控制。（10）教学型：能诊断和纠正学生的行为，主要用于教学和培训。除了按问题性质分类外，还可按专家系统的应用领域来分类：如化学专家系统、地质专家系统、医学专家系统、航天专家系统、旋转机械故障诊断专家系统等。也可按它们采用的人工智能技术分类，如按知识表示方法分类：有基于规则的专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统、面向对象的专家系统等。本课件是可编辑的正常PPT课件案例分析某公司是世界上较早采用设备状态监测与故障诊断技术并取得良好业绩的公司之一，该公司根据多年实际应用经验总结出的“建立预知维修程序的十二个基本步骤”被许多国家的企业采纳，用于指导开展设备状态监测与故障诊断工作。其各个步骤的具体工作如下。1.设备勘查这一步主要是确定预知维修程序（即开展设备状态监测工作）的可行性。应从各个方面对设备的利用率、停机时间进行分析得出结论，实际应用中也可以根据设备的数量和类型，再加上专家的经验做出判断。2.监测对象选择这一步的目的是选择一定数量的设备作为监测对象，选择监测对象时要同时考虑到人力的需要、生产计划和停机时间费用等。本课件是可编辑的正常PPT课件案例分析3.选择最佳的状态监测方法这一步需要解决的问题主要有以下几个。（1）监测什么？确定状态和故障发展的参数。（2）如何监测？确定所需的仪器及手段，并能够监测上述参数。（3）何时监测？确定监测周期，该周期应小于从发现故障至设备损坏这一段的时间。（4）何处监测？确定获取设备早期缺陷的监测部位。4.建立预知维修系统在建立了每台设备的最佳状态监测方法之后，需要将它们归并在一起，以得到一个合理的监测程序，该程序应包括以下内容。本课件是可编辑的正常PPT课件案例分析（1）建立监测计划。（2）确定一套简单的数据处理系统，包括数据采集、数据记录、数据分析及提出报告等四部分内容。（3）人员培训及教育计划。5.确定允许的状态数据和极限值这一步主要是建立设备状态监测参数的“正常”值和允许值，通常应根据经验、规范、标准和历史数据予以确定。在没有上述条件的情况下，也可利用制造厂所提供的数据作为参考。6.设备状态的初次测量由于初始的设备状态并不确知，所以需要利用已确定的状态监测方法进行一次实地测试，并把所获得的测量结果与预先建立的允许值进行对比。本课件是可编辑的正常PPT课件案例分析一般情况下，经初次测试证实设备处于允许状态时，即可进入正常的监测程序；而如果设备已达到不允许的状态，就需要做进一步的分析，以便找出和排除这个可能存在的故障，或者检查已确定的允许值是否合适。实际应用中，如果初次测量值比允许值小很多，也应考虑确定的允许值是否科学。7.定期检测这一步包括数据的采集、记录和趋势分析等环节，这些环节要涉及常规监测程序。这一步的目的是通过对测量数据的趋势分析，及时发现设备状态的劣化。8.状态分析这一步是对机器的状态作深入的分析，通常包括一些分析方法的综合应用。其目的在于确认是否存在故障，如果存在故障，应进一步开展故障诊断，预测故障类型、所在部位、严重程度和所需的对策、检修措施。本课件是可编辑的正常PPT课件案例分析9.故障治理在诊断出故障之后，维修部门的任务就是制订检修工作计划，在此阶段必不可少的是证实故障状态的原因，并予以治理。本课件是可编辑的正常PPT课件任务2机械振动信号测试2本课件是可编辑的正常PPT课件任务目标知识目标：了解振动的概念及分类；了解自由振动、强迫振动及自激振动的定义及振动形成过程；掌握固有频率、共振的基本概念及形成过程；掌握自由振动、强迫振动及自激振动的振动特点；重点掌握振动三要素的基本概念及描述方法。能力目标：掌握精密点检仪的操作方法，能够运用精密点检仪进行参数的选择；能够针对不同类型的设备布置振动测点的位置。本课件是可编辑的正常PPT课件任务引入利用设备的振动信号来对设备进行故障分析的方法，是企业经常采用的故障诊断方法。本任务重点叙述了机械振动的基础知识及振动信号的描述方法，为学生后续学习故障诊断技术提供了有力的机械振动基础知识支撑。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.2.1振动的概念及分类各种机器设备在运行过程中，都不同程度地存在振动，这是运行机械的共性。然而，不同的机器或同一台机器的不同部位，以及机器在不同的时刻或不同的状态下，其产生的振动形式又往往是有差别的，这就体现了设备振动的特殊性，所以应当从不同的角度来考察振动问题。机械振动一般有以下几种分类方法。这种分类主要是根据振动在时间历程内的变化特征来划分的。大多数机械设备的振动是周期振动、准周期振动、窄频带随机振动和宽频带随机振动中的一种，或是某几种振动的组合。一般在启动或停机过程中的振动信号是非平稳的。设备在实际运行中，其表现的周期信号往往淹没在随机振动信号之中。若设备故障程度加剧，则随机振动中的周期成分加强，从而整台设备振动增大。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从随机信号中提取周期成分的过程。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.按振动规律分类按振动的规律，一般将机械振动分为图1-3所示的几种类型。图1-3机械振动按振动规律分类图本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.按振动的动力学特征分类机器产生振动的根本原因，在于存在一个或几个力的激励。不同性质的力激起不同类型的振动。了解机械振动的动力学特征不仅有助于对振动的力学性质做出分析，还有助于说明设备故障的机理。因此，掌握振动动力学知识对设备故障诊断具有重要的意义。据此，可将机械振动分为三种类型。1）自由振动与固有频率自由振动是物体受到初始激励（通常是一个脉冲力）所引发的一种振动。这种振动靠初始激励一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断所必须考虑的因素。自由振动给系统产生能量后，系统会产生振动。若系统无阻尼，则系统维持等幅振动；若系统有阻尼，则系统为衰减振动。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接该强迫振动的时间波形如图1-5所示。如图1-5所示，衰减振动随时间的推移迅速消失，而强迫振动则不受阻尼影响，是一种与激振力同频率的振动。由此可见，强迫振动过程不仅与激振力的性质（激励频率和振幅）有关，而且与物体自身固有的特性（质量、弹性刚度、阻尼）有关，这就是强迫振动的特点，具体如下。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。（2）振动系统非线性特征较强，即系统存在非线性阻尼元件（如油膜的黏温特性、材料内摩擦）、非线性刚度元件（柔性转子、结构松动等）时才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转为系统振动能量。（3）自激振动频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率，与转子第一临界转速相符合。只是需要注意，由于系统的非线性，系统固有频率会有一些变化。本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接（4）转轴存在异步涡动。（5）振动波形在暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态时，波形是规则的周期振动，这是由于共振频率的振值远大于非线性影响因素；与一般强迫振动近似的正弦波（与强迫振动激励源的频率相同）有区别。自由振动、强迫振动、自激振动这三种振动在设备故障诊断中有各自的主要使用领域。对于结构件，因局部裂纹、紧固件松动等原因导致结构件的特性参数发生改变的故障，多利用脉冲力所激励的自由振动来检测，以测定构件的固有频率、阻尼系数等参数的变化。对于减速箱、电动机、低速旋转设备等的机械故障，主要以强迫振动为特征，通过对强迫振动的频率成分、振幅变化等特征参数的分析来鉴别故障。本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接在高频范围，主要测量的振幅是加速度。加速度表征振动部件所受冲击力的强度。冲击力的大小与冲击的频率、加速度值相关。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.2.2振动信号的描述

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。自激振动有如下特点。（1）随机性。因为能引发自激振动的激励力（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作1.故障诊断仪器的实际操作方法（1）仪器使用安全注意事项。①现场使用仪器时可把背带挂在脖子上，握住仪器进行操作。②仪器的接口和测温镜头等在不用时，请盖上密封垫；尽量保证测温镜头表面干净，以免影响测温精度，镜头表面的灰尘可用软布擦拭。视频：精密点检仪的使用本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作③使用时请尽量避免如下情况：敲打，跌落，长时间靠近高温源或雨淋，与粗糙表面进行摩擦等，以免导致仪器内部电子零件损伤。（2）故障诊断仪器的实际操作方法。请扫描右侧二维码查看。（3）精密点检仪的参数选择。请扫描右侧二维码查看。学习完成后，请填写表1-5。视频：精密点检仪的参数选择本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作2.振动信号测点的布置请扫描右侧二维码查看。视频：振动信号测点的布置本课件是可编辑的正常PPT课件考核标准故障诊断仪器实际操作评分标准见表1-6。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题按照振动的规律，机械振动可分为哪几种类型？按振动的动力学特征，机械振动可分为哪几种类型？什么是固有频率？什么是共振？简述强迫振动的特点。简述自激振动的特点。请分别对振幅、频率、相位角进行解释。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展机械故障诊断技术的应用分为事故前预防和事故后分析。事故前预防不能预防突发故障，只能预防渐变性故障。渐变性故障是随着劣化的进展而逐步恶化的，必有某些特征信号在这个过程中相应地变化。事前预防就是要抓住这些特征信号所发出的预兆，及时采取措施，制止故障发展。这些特征信号就是设备的状态信息，它们的物理表现就是检测、分析的对象。从根本上讲，所有设备的作用都是进行能量的转换与传递，设备状态越好，转换与传递过程中的附加能量损耗越小。随着设备的劣化，附加能量损耗快速地增大。附加能量损耗中包括的各种物理量构成设备的状态信息中的重要部分。由于各种设备传递、转换能量的种类不同，其附加能量损耗中包括的物理量也就有所不同，但必定包括与所传递、转换的能量相同的物理量。

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展用来传递力和运动的设备，如齿轮箱、轧钢机、切削挤压设备等，附加能量损耗的初始形式是力和运动，这就是振动和摩擦。附加能量损耗的二次形式是发热，由此将损耗的能量散发出去。热量的散发使设备空间构成一个非均匀的温度场，所以作为设备状态信息之一的温度测量应尽可能靠近热源点。设备状态信息中主要的物理量是力和运动参数，它传递、转换的能量也有多种形式，包含做功的力、做功的运动参数（位移、速度等）、损耗的力和运动参数，以振动及摩擦热的形式表现。振动信号沿着机壳等传递通道传输，在传输过程中受到金属晶粒晶界的阻碍及金属分子发热的影响而衰减，因而测振的探头也应尽可能靠近振源，以期获得尽量强的振动信号。用来传送和分配电能为主的设备，如电控柜，设备的状态信息由被传输的电压、电流、漏电流及发热温度等组成。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展液压设备是传输液压能的设备，因此设备状态信息由压力、流量及附加能量损耗（以机械摩擦、黏性摩擦、绝热过程等引起的温度升高为主要表现）组成。液压泵例外，液压泵是将机械能转换成压力能的旋转机械设备。以能量转换为主要工作任务的设备，其设备的状态信息包括转换前的能量、转换后的能量以及因这些能量的损耗所衍生的物理量。如水泵、风机、压缩机等都是将机械能转换成介质能量的设备，设备的状态信息包括机械能的参数——力、速度、振动、温度；也包含介质的能量——压力、流量。电动机是将电能转换为机械能的设备，设备的状态信息包括：电压、电流、漏电流；也包括机械能的参数——压力、速度、振动（频率、振幅）、温度。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展内燃机类的设备是将燃料中的能量转换为机械能，设备的状态信息以机械能的参数——力、速度、振动、温度等为主。热工设备（工业炉、窑、化工反应塔等）的状态信息主要为设备的温度场分布。综上所述，设备故障诊断技术必须获取表征设备状态信息的那些物理量，作为诊断的依据。有时还需要采用辅助的检测技术，如用于判定磨损程度的铁谱分析技术，用于检测某构件内部缺陷、外部裂纹的无损检测技术等。本课件是可编辑的正常PPT课件任务3故障诊断常用传感器认知3本课件是可编辑的正常PPT课件任务目标知识目标：了解传感器的基础知识及静态性能指标；掌握加速度传感器、速度传感器和电涡流传感器的基础知识和安装方法；掌握传感器的校准与选用方法。能力目标：能利用仪器进行采样参数的选择和设置；能完成加速度传感器、速度传感器和电涡流传感器的安装与测试；能正确选择设备的测点位置。本课件是可编辑的正常PPT课件任务引入振动信号的采集与特征信息的获取，不仅与所选择的信号内容有关，而且与传感器的类型、精度和测点位置都有关系。因此，本任务除了叙述传感器的指标性能、类型用途外，还阐述了传感器的使用等基础知识，为学生后续学习故障诊断技术提供了有力的传感器基础知识支撑。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.3.1传感器的基础知识传感器是指将非电量转变成电量的器件或装置。一个完整的振动传感器，不论其结构简单或复杂，从作用原理上看，总可以分为两个部分，如图1-8所示。1.敏感元件（预变换器）当具体完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有的技术手段变换为电量，有时必须进行预变换。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展也就是说，将被测非电量预先变换为另一种易于变换为电量的非电量，然后再变换为电量。能完成预变换的器件称为敏感元件，又称预变换器。例如，压力传感器中的膜片就是敏感元件，它首先将压力预变换为位移，然后再将位移变换为电容。2.变换元件（变换器）能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换元件，也称为变换器。例如，能将温度变换为电势的热电偶变换器，能将位移变换为电阻、电容、电感的电阻变换器、电容变换器、电感变换器等。变换器是传感器中最重要的、不可缺少的组成部分。因为有些传感器并不包括敏感元件，所以有时不加区分地把传感器称为变换器。不论何种原理的传感器，为了完成对电量的测量，一般都得配上相应的专用测量电路。测量电路的作用在于将变换所得的电量转变为后续检测或分析仪器所能接受的一般电压信号。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展非电物理量名目繁多，但它们不外乎是由一些基本物理量以及由此而派生出的其他物理量所概括出来的。了解基本物理量与派生物理量的关系，对根据测量对象选择传感器的类型是有帮助的。现将一些常见的基本物理量与其对应的派生物理量列于表1-7。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.3.2传感器的静态性能指标

2.线性度线性度又称非线性，是指传感器的实际特性曲线（校准数据绘制的曲线）与拟合直线的不一致性，如图1-9所示。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接传感器的线性通常是在标定以后确定的。在标定过程中，我们由小到大再由大到小给予传感器各种输入值，同时记录传感器的输出值，这样就得到一系列的以输入值为自变量，以输出值为因变量的数据点。它们反映了输入与输出的函数关系，称为实际工作曲线。然后用某种方法作一条拟合直线去逼近这些数据点。这条拟合直线就是工作直线，测量时就是根据传感器的输出值按这条工作直线来确定其输入值（被测的量）的。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

6.阈值阈值是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。有的传感器在零位附近有严重的非线性，形成所谓“死区”，则将死区的大小作为阈值；更多的情况下，阈值主要取决于传感器的噪声大小，因而有的传感器只给出噪声电平。5.分辨力分辨力是传感器在规定的测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。有时用该值相对满量程输入值之百分数表示，称为分辨率。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接7.稳定性稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。一般用室温条件下经过规定的时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也用标定的有效期来表示。8.零漂零漂表示传感器在零输入的状态下输出的漂移。一般有时间漂移和温度漂移两种。时间零漂是指在规定的时间内，在室温不变的条件下零输出的变化。对于有源的传感器，则是指在标准的电源条件下，零输出的变化情况。而温度漂移是指绝大部分传感器在温度变化时特性会有所变化。一般用零点温漂或灵敏度温漂来表示这种变化的程度，即温度每变化1℃，零点输出（或灵敏度）的变化值。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接9.过载过载表示传感器允许承受的最大输入量（被测量）。在这个输入量作用下传感器的各项性能指标应保证不超过其规定的公差范围。通常用一个容许的最大值或用与满量程的百分比来表示。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.3.3常用传感器的类型传感器的分类方法很多，目前常用的有两种，一种是按传感器输入量性质来划分，另一种是按传感器变换原理来划分。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接重点讨论在设备状态监测与故障诊断中使用最多的振动测量传感器。1.加速度传感器某些物质如石英晶体，在受到冲击性外力作用后，不仅几何尺寸发生变化，而且其内部发生极化，相对的表面出现电荷，形成电场，外力消失后，又恢复原状，这种现象叫作压电效应。将这种物质置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，叫作电致伸缩效应。多数人工压电陶瓷的压电常数比石英晶体大数百倍，也就是说灵敏度要高得多。利用压电效应，制成压电式加速度传感器，可用于检测机械运转中的加速度振动信号。1）压电式加速度传感器的内部结构常用的压电式加速度传感器有多种结构，图1-11（a）所示是中心压缩型，这是一种早期结构，其安装紧固力和温度变化都会影响质量块预紧力，从而干扰测量精度。图1-11（b）所示是环形剪切型，能做成极小型、高自振频率的加速度传感器。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接图1-11（c）所示是三角剪切型，这种结构对底座变形及温度变化有极好的隔离作用。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接3）压电式加速度传感器的安装要求使用压电式加速度传感器一定要注意所测量的信号频率范围。这项指标通常以幅频特性曲线来表述。图1-13（a）所示，信号的频率在1Hz~3kHz这一段，压电式加速度传感器能比较好地复现信号的波形。举例来说，若某个信号中包含了振幅为1的1Hz和1kHz两个简谐振动波形，压电式加速度传感器对1Hz波形的振幅增益为1.01，对1kHz波形的振幅增益为1.03，则压电式加速度传感器输出的电信号波形将是振幅为1.01的1Hz波形与振幅为1.03的1kHz波形的叠加，与原始真实波形（振幅为1的1Hz波形与振幅为1.03的1kHz波形的叠加）在振幅上相差不大。假定在40kHz频段上的增益为2，输入的是振幅为1的1Hz和40kHz两个简谐振动波形，则输出的是振幅为1.01的1Hz波形与振幅为2的40kHz波形的叠加。显然输出的电压波形相对原始波形发生了很大失真。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接由图1-13（b）可知，测量装置对信号中不同的频率波形有不同的放大倍数。为了使测得的电信号波形能真实地复现振动波形，就必须使所测信号中最高的频率位于幅频特性曲线上的水平段。为此，要使安装后的压电式加速度传感器具有足够高的共振频率。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接共振频率与压电式加速度传感器的固定状况有关，压电式加速度传感器出厂时给出的幅频特性曲线是在刚性连接的情况下得到的。实际使用的固定方法往往难以达到刚性连接，因而共振频率和使用的上限频率都会有所下降。压电式加速度传感器与试件的各种安装方式如图1-14所示。其中图1-14（a）采用钢螺栓固定，是使共振频率达到出厂共振频率的最好方法。螺栓不得全部拧入基座螺孔，以免引起基座变形，影响压电式加速度传感器的输出。在安装面上涂一层硅脂可增加不平整安装表面的连接可靠性。需要绝缘时可用绝缘螺栓和云母垫片来固定压电式加速度传感器［图1-14（b）］，但垫圈应尽量薄。用一层薄蜡把压电式加速度传感器粘在试件平整的表面上［图1-14（c）］，可用于低温（40℃以下）的场合。手持探针测振的方法［图1-14（d）］在多点测试时使用特别方便，但测量误差较大，重复性差，使用上限频率一般不高于1kHz。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接专用永久磁铁固定压电式加速度传感器［图1-14（e）］的方法使用方便，多在低频测量中使用。此法也可使压电式加速度传感器与被测件绝缘。硬性黏结螺栓［图1-14（f）］或黏结剂［图1-14（g）］的固定方法也常使用。某种典型的压电式加速度传感器采用上述前5种固定方法的共振频率分别约为：钢螺栓，31kHz；云母垫片，28kHz；涂薄蜡层，29kHz；手持探针，2kHz；永久磁铁，7kHz。此外，低噪声专用电缆的敷设也应注意。对于内置IC的集成加速度传感器，由于恒电流供电的阻抗变换方式，对电缆的敷设要求不高。但非集成电路压电式加速度传感器，因电缆与机壳构成耦合电容，是电压干扰的进入通道，所以要求该电容不随机壳的振动而变化。因此电缆必须紧贴机壳固定，使耦合电容值最小且不变。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展铜制阻尼环一方面可提高惯性系统的质量，降低固有频率；另一方面又利用闭合的铜制阻尼环在磁场中运动时所产生的磁阻尼力，使振动系统具有合理的阻尼，从而减小共振对测量精度的影响。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2）磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器的结构如图1-16所示，它的心轴2左端伸出壳体1外，线圈5装在心轴2上，使用时传感器的壳体1固定在一个部件上，心轴2顶住另一个部件。当这两个部件之间出现相对振动时，相对振动速度通过顶杆使线圈在磁场气隙中运动，线圈因切割磁力线而产生感应电动势。此电动势正比于线圈与永久磁铁之间的相对速度，即正比于两个做相对振动的部件之间的相对运动速度。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接3.位移传感器在振动参数测量中最常用的位移传感器是电涡流传感器。电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化测量传感器，用于高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析、振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数，如轴的径向振动频率、振幅以及轴向位置。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态主要取决于其核心——转轴，而电涡流传感器能直接非接触测量转轴的状态，可对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题进行早期的判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接图1-17是目前工业上常见的电涡流传感器与前置放大器。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接图1-18是某电涡流传感器的输入-输出特性曲线。因为供电电压为-24V，所以输出电压也是负电压，这样做的目的是抗干扰。从图上看，0.4~4.8mm是特征曲线的直线段，也是使用的测量区间。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接电涡流传感器的特性曲线通常是生产厂提供，也可在现场用特制的标定器测出。电涡流传感器在长期使用后其灵敏度-特性曲线的斜率、线性度及测量范围需要重新标定。电涡流传感器探头的正确安装是保证传感器系统可靠工作的先决条件，安装时应该注意以下几个环节。（1）探头的安装间隙（探头端面到被测端面的距离）。（2）各探头间的最小间距。（3）探头头部与安装面的安全间距。（4）探头安装支架的选择（牢固性）。（5）电缆转接头的密封与绝缘。（6）探头所带电缆、延伸电缆的安装。（7）探头的耐蚀性。（8）探头的高温、高压环境。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.3.4传感器的校准与选用1.传感器的校准传感器灵敏度的校准方法很多，常用的有以下几种。比较法（背靠背法）0102互易法03读数显微镜校准法及激光校准法本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.传感器的选用（1）将传感器安装到被测件上时，不能影响其振动状态，以此来选定传感器的尺寸和质量及考虑固定在被测件上的方法。若必须采用非接触式测量法时，应考虑传感器的安装场所及其周围的环境条件。（2）根据振动测定的目的，明确被测量是位移、速度还是加速度，这些量的振幅有多大，以此来确定传感器的测量范围。对于小振幅（如0.1g左右）的振动，宜采用磁电式、伺服式等传感器；对于一般振幅（如10g以下）的振动，各种传感器均适用；对于10g~1000g的振动，可采用压电式及应变式等加速度传感器；对于更大的振动或冲击宜采用压电式传感器。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作1.加速度传感器的安装与测试通过对加速度传感器的安装方式进行分析，我们可采用四种方法安装加速度传感器，分别是手持式、磁座固定、胶黏/螺纹螺栓固定式、传感器胶黏/螺栓固定式。将传感器安装的操作过程填在表1-9内。视频：加速度传感器安装与测试本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作2.采样参数选择用故障诊断分析仪器进行采样参数的设置，并进行振动信号的测试。注意：分析诊断不同的零部件，采样参数的选择是不一样的，如果采样参数选择不当，信号可能失真。数据采集完成后，请填写表1-10。视频：采样参数选择脚本本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作本课件是可编辑的正常PPT课件考核标准加速度传感器的安装与测试的评分标准见表1-11。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题传感器的静态性能指标有哪些？简述速度传感器的类型及工作原理。简述传感器的选用方法。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展

本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件任务4设备振动诊断的分析方法4本课件是可编辑的正常PPT课件任务目标知识目标：掌握振动信号的时域分析法及各种时域指标的概念；掌握自相关分析、互相关分析、包络解调分析的概念及应用场合；掌握幅值谱、功率谱、倒频谱等频域分析方法。能力目标：能够运用设备管理系统输入被检测设备的基础信息，建立设备树；能够运用设备管理系统对振动信号进行时域分析、频域分析、包络解调分析等；能够运用设备管理系统进行设备故障诊断。本课件是可编辑的正常PPT课件任务引入利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障诊断中最有效、最常用的方法。机械设备和结构系统在运行过程中的振动及其特征信息是反映系统状态及其变化规律的主要信号。通过各种动态测试仪器拾取、记录和分析动态信号，是进行系统状态监测和故障诊断的主要途径。本任务旨在通过对动态信号的各种分析方法进行讲述，使学生能够清晰认识到各种方法的特点及应用场合。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.4.1时域分析法振动信号以位移、速度、加速度三个参量表示，其最简单、最直观的表现形式就是时域波形。对于某些故障信号，其波形具有明显的特征，直接观察可以看出周期信号、谐波信号、短脉冲信号，这时利用波形分析可以直接识别共振现象及调制现象。例如，对于旋转机械，其不平衡故障较严重时，信号中有明显的以旋转频率为特征的周期成分［图1-27（a）］；而转轴不对中时，信号在一个周期内，比旋转频率大一倍的高频成分明显加大，即1周波动2次［图1-27（b）］，等等。由于是最原始的信号，所以包含的信息量大。其缺点是不太容易看出所包含信息与故障的联系。一般情况下，以计算机为核心的诊断系统中，若采用整周期采样，在时间波形上将采样相位点以不同颜色醒目标出，更增加了时间波形的可识别性。因为，相点的漂移等信息对于诊断故障是极为有用的。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接在流程生产工业中，往往有这样的情况，当发现设备的情况不好，某项或多项特征指标上升，但设备不能停产检修，只能让设备带病运行。当这些指标从峰值跌落时，往往预示某个零件已经损坏，若这些指标（含其他指标）再次上升，则预示大的设备故障将要发生。表1-12给出了幅频参数对故障的敏感性和稳定性比较。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接2.轴心轨迹分析法轴心轨迹是滑动轴承的轴心相对于轴承座的运动轨迹，它反映了转子瞬时的涡动情况，对轴心轨迹形状的观察有利于了解和掌握转子的运动状态，判断转子故障类型。工程上利用位移传感器检测轴心在X和Y两个垂直方向上的振动合成轨迹图，从而对转轴的故障做出判断。表1-13列出了几种利用时域波形和轴心轨迹分析故障的方法。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.4.2相关分析法

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接表1-14所列是常用的自相关函数的图和数学表达式。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接图1-29（a）是一从轴承上测得的振动时域信号。图1-29（b）是相应的频谱。图中由于轴承故障激励的结构响应引起的高频区幅值增加。图1-29（d）是图1-29（b）中高频幅值增加区域的细化谱，它体现了由轴承故障冲击而引起的结构响应。图1-29（c）是相应于图1-29（d）的时域信号，图中只剩下被轴承冲击频率调制的结构响应频率信号。图1-29（e）是通过相应数据处理，包括整流和检波产生的时域信号的包络线。显然，包络线只包含了相应于轴承冲击速度的低频调制成分。这个变换过程通常是通过希尔伯特变换来完成的。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接图1-29（f）是图1-29（e）的频谱，从图中可明显看出轴承故障的频率指示。图1-30为一个有滚动体故障的轴承的一般频谱和包络频谱。对比两图可知，图1-30（a）几乎看不见轴承的故障特征频谱，而图1-30（b）在经过包络解调后，可明显看到轴承的故障特征频率。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接1.4.3频域分析法频域分析是机械故障诊断中信号处理最重要和最常用的分析方法。工程上所测得的信号一般为时域信号，然而由于故障的发生、发展往往引起信号频率结构的变化，如齿轮箱的齿轮啮合误差或齿面疲劳剥落都会引起周期性的冲击，相应在振动信号中就会有不同的频率成分出现，因此为了通过所测信号了解、观测对象的动态行为，往往需要分析频域信息。将时域信号变换至频域加以分析的方法，称为频域分析。频域分析是基于频谱分析展开的。频谱分析的目的是把复杂的时间历程波形，经傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究，以获得信号的频率结构以及谐波幅值、相位、功率及能量与频率的关系。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接通过对频谱的分析可以解决以下问题。（1）求得振动参量中的各个频率成分和频率分布的范围。（2）求出振动参量各个频率成分的幅值大小或能量大小，从而得到影响设备状态的主要频率值及其对应的幅值大小。1.幅值谱旋转机械的振动一般表现为周期振动，它可分为许多频率分量的合成，表现在频谱图上则是一条条离散的谱线。由前面周期振动信号函数傅里叶变换可知，幅值谱是表征每个频率分量上振动幅值大小的频谱图。它是故障诊断中最常用、最直观的分析手段。由幅值谱的变化规律及故障特征频率即可诊断一般性故障类型。但是幅值谱的最大缺点是信噪比相对较低，抗噪声能力较差。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接例如，一台射流泵在正常运转时在基频（1800r/min）处幅值最大，达1.5μm（图1-31）。3个月后测量，同一处的最大峰值是2.83μm（图1-32），达到射流泵安全运行的报警值。因基频峰值增大具有不平衡故障的特点，因此怀疑射流泵产生不平衡。拆机修理发现一个异物缠绕在叶轮上，改变了质心。除去异物后，工频处幅值仅为0.97μm（图1-33），振幅明显减小，射流泵运行正常。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接自功率谱能将实测的复杂工程信号分解成简单的谐波分量来研究，描述了信号的频率结构。因此对机器设备的动态信号作自功率谱分析相当于给机器“透视”，从而了解机器设备各部分的工作状况。自功率谱在解决工程实际问题中获得了广泛的应用。图1-34所示为某一大型航空发动机的振动自功率谱，各个频率分量谱线都对应一定的零部件，利用这种对应关系，可以进行设备运行状态及故障的识别。互功率谱可以由互相关函数进行傅里叶变换求得，它不仅能提供按频率分布的信号能量大小，而且能提供输入信号与输出信号之间的关系。本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接

本课件是可编辑的正常PPT课件知识链接本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作1.振动诊断分析方法（1）时域指标分析。请扫描右侧二维码查看。（2）频谱分析。请扫描右侧二维码查看。（3）倒频谱分析。请扫描右侧二维码查看。视频：倒频谱分析视频：时域指标分析视频：频谱分析本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作完成设备振动诊断分析方法内容的学习后，请填写表1-15。本课件是可编辑的正常PPT课件实践操作2.设备管理系统的使用（1）设备管理系统主要功能使用。请扫描右侧二维码查看。（2）利用设备管理系统建立设备树。请扫描右侧二维码查看。（3）运用设备管理系统进行故障诊断的过程。请扫描右侧二维码查看。学习完成后，在故障诊断计算机内自动生成故障报告，保存在桌面上。诊断报告内包含正确的测点路径、时域波形图、频谱图和倒频谱图。视频：利用设备管理系统建立设备树视频：运用设备管理系统进行故障诊断的过程视频：设备管理系统主要功能使用本课件是可编辑的正常PPT课件考核标准设备振动诊断方法评分标准见表1-16。本课件是可编辑的正常PPT课件思考题振动信号由哪三个参量表示？什么是峰值？怎样利用轴心轨迹分析故障？什么是均方根值？时域分析的方法有哪些？思考题自相关函数在故障诊断中应如何应用？简述包络解调的原理。采集设备振动信号，并将数据回传到设备管理系统中。怎样利用互相关函数分析故障？频域分析的方法有哪些？思考题（1）运用精密点检仪在指定测试位置，采集水平、垂直、轴向三处的加速度、速度、位移振动信号。最大分析频率分别为5000Hz，波长为16K（K指采样率，下同）。（2）在设备管理系统中，建立设备树，名为

班级→本人名字（学号）→齿轮轴承试验台→动态测试量（加速度16K，速度8K，位移4K），并把设备图片与测点标在设备管理系统中。（3）将所测数据回收在设备管理系统中，并转到相应的设备节点上。知识拓展1.细化分析技术在旋转机械振动频谱分析过程中，常常会遇到像齿轮、轴承、基础等结构系统，它们往往在一个很宽的频带内含有很密集的高次谐波成分，而分析仪器的显示范围是有限的，从而产生了分辨率的问题。细化分析技术是近年来由快速傅里叶变换（fastFouriertransform，FFT）方法发展起来的一项新技术，是一种用以增加频谱中某些有限部分上的分辨能力的方法，即“局部放大”的方法，可使某些感兴趣的重点频段得到较高的分辨率。细化分析技术目前有许多种，比较常用的有两种。一种是通过增加采样点数来提高分辨率，这也是我们仪器采用的方式。常用的采样点数从512点到8192点。另一种方法是采用频移原理的复调制频谱细化方法，也就是将任选频段的中心频率f0移至原点处，然后再按基带的分析方法，即可获得细化频谱。本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展频谱细化技术不仅能够提高分辨率，而且还能提高分析中的信噪比。一般认为，细化分析技术主要适用于以下场合。相位谱的斜度有时很陡，而检测任务书中规定要确定其细节时。包含大量谐波的信号，如齿轮箱故障诊断用的振动信号。改进弱阻尼、密模度频响函数的分析结果，以便获得准确的谱峰及其对应的频率值。（3）（1）（2）对于比较低的频率调制信号，所产生的边频带间距等于调制频率，又要分清细节时。（4）本课件是可编辑的正常PPT课件2.三维谱分析技术三维谱有转速三维谱和时间三维谱。在机器的振动测量分析中，被测机器的工作是变转速的，那么采用谱平均技术是不适当的或者是不可能的。在这种情况下，如果选用转速三维谱就能够很清晰地把频谱的变化特征显示出来。转速三维谱即把不同转速下响应的若干幅值谱或功率谱集中在转速轴上，形成一个三维谱，如图1-36所示。图中每一条曲线都是对应一定机器转速时某点的振动响应的频谱图，显然由转速三维谱可以得到机器在运转范围的所有转速条件下和感兴趣的所有频谱处的全部振动幅值特征。一般旋转机械中有两种类型的振源，一种是与转速关联的振源，如旋转部件不平衡引起的振动；另一种是与转速无关的振源，如周围环境振动引起的或机器中流体介质引起的振动等。知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件利用转速三维谱可以很快识别这两种振源，如图1-36所示，B簇显然属于前者，而A簇属于后者。通过实测转速三维谱与标准转速三维谱比较，不仅能初步判断有无故障，而且可以识别故障的振动频率范围和机器转速的大小。另外，除了转速三维谱外，还有时间三维谱。如图1-37所示，时间三维谱是由安装在旋转机械上的测振传感器在依次的等时间间隔处测得的信号的功率谱图的记录。因为有时设备负荷和运转状态的大幅度改变不一定引起转速的变化，或只有很小的变化，这时时间三维谱则可提供系统的振动-时间关系的大量信息。例如，对同步或调速电机驱动的旋转系统，故障诊断时检测一段时间三维谱比转速三维谱更加理想。知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件知识拓展本课件是可编辑的正常PPT课件以上介绍了设备振动故障诊断的一般方法，这些方法之间是互相关联的，为了能够更好地分析故障，我们必须对各种方法灵活应用。因为在某一图谱上我们可能看不出有什么故障特征信号，