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,*,出版社 理工分社,机电设备管理与维修王振成主编,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式单击此处编辑母版文本样式,第五章 机电设备故障诊断,第一节 概述,一、故障诊断的意义,源于故障诊断学，故障诊断技术实质是工况检测。,含义：识别和判断设备是否偏离了标准的功能、具体部位和开展趋势。,故障诊断的目的：,1.预防事故、判断故障部位及维修方案；,2.推动维修制度改革；,3.提高企业经济效益。,1,二、故障诊断的分类,1.功能诊断和运行诊断,2.定期诊断和连续监控,3.直接诊断和间接诊断,4.常规工况诊断和特殊工况诊断,5.在线诊断和离线诊断,6.精密诊断和简易诊断,2,三、故障诊断的主要工作环节1.信号获取环节-2.信号分析处理环节-3.工况状态识别环节-4.故障诊断环节。如下图：,3,四、故障简易诊断方法,1.听诊法,2.触摸法,3.观察法,4,第二节 振动诊断技术一、机械振动及其测量一机械振动,5,二振动测量,1.测量参数的选择,对于简谐振动：选位移、速度和加速度。,三者关系：,6,表5-2根据振动后果选振动监测参数,7,2.测量监测点确实定,原那么是：设备振动敏感点、核心部位的关键点、易损点、最好能对全设备加以描述；尽量防止高温点或温度变化较大点。,信号是信息的载体，如何选择最正确的测量点并采取适宜的检测方法来获取设备运行状态的直接信息是一个非常重要的问题。如果因监测点位置选择不当使检测到的信号不真实、不典型，或不能客观地、充分地反映设备的实际状态，故障诊断的准确性就会大打折扣。一般情况下，确定测量点数量及方向时应考虑的总原那么是：此点应是设备振动的敏感点；应是离机械设备核心部位最近的关键点；应是容易产生劣化现象的易损点；此点采集的信号应能对设备振动状态作出全面的描述。此外，选择监测点时还应考虑环境因素的影响，尽可能地防止选择高温、高湿、出风口温度变化剧烈的位置作为测量点。,8,3.振动监测周期确实定,1定期巡检,2随机点检,3长期连续监测,4.振动监测判断标准确实定,1绝对判断标准,常用的机电设备振动速度分段标准见表5.3,9,4.振动监测判断标准确实定：1.绝对判断标准：表中：A-好，B-允许；C-差，D-不允许。,10,2.相对判断标准,测量值与设备正常时的记录值的比值。见表5.4,11,3类比判断标准多台设备在相同的条件运行时对各台设备相同部位振动情况类比得道的标准。如图5.2,12,图5-2 旋转机械的振动位移标准,13,二.振动分析有以下几个参数：,1.峰值Xp,2.平均值,14,幅域分析中的概率密度求法：,15,16,例：新旧机床的概率密度函数比较,17,18,1.齿轮的振动机理,在齿轮传动过程中，每个轮齿是周期地进人和退出啮合的，以直齿圆柱齿轮为例，其啮合区分为单齿啮合区和双齿啮合区。在单齿啮合区，全部载荷由一对齿副承担，当进人双齿啮合区时，载荷那么分别由两对齿副按其啮合刚度的大小分别承担啮合刚度是指啮合齿副在其啮合点处抵抗挠曲变形和接触变形的能力。在这个过程中，引起齿轮振动的原因大致有以下个方面：,1齿副载荷变化,啮合刚度变化,轮齿受载变形,19,2.齿轮故障振动诊断的特征频率,20,啮合频率,21,3.齿轮故障的振动诊断,表5-7 齿轮异常及其振动特性,22,表5-8 常速和高速齿轮的振动特性比较表,23,滚动轴承故障的振动诊断,滚动轴承是机械系统中重要的支承部件，其性能与工况的好坏直接影响与之相连的转轴以及安装在转轴上的齿轮，甚至是整台机器设备的性能，在齿轮箱的各类故障中，轴承的故障率仅次于齿轮占19。因此，开展对轴承的故障诊断具有很大的现实意义。,滚动轴承常见故障有磨损、疲劳、压痕、腐蚀、点蚀、胶合粘着以及保持架损坏等，当出现这些故障时，轴承必然产生异常振动和噪声，因此可采用振动分析的方法对轴承故障进行诊断。,24,正常情况下，滚动轴承的振动由以下几个方面的因素引起,轴承刚度变化,由于轴承结构所致，滚动体与外圈的接触点变化，使轴承载荷分布状况呈现周期性变化，从而使轴承刚性参数产生周期性变化，由此引发轴承谐波振动。不管滚动轴承正常与否，这种振动都要发生。,运动副,轴承的滚动外表虽加工得非常平滑，但从微观来看，仍然是上下不平的，滚动体在这些凹面之上转动，会产生交变的激振力，从而引发振动。这种振动既是随机的，又含有滚动体的传输振动，其主要频率成分是滚动轴承的特征频率。,25,在轴承外圈固定内圈旋转时，滚动轴承的特征频率如下：,26,27,)滚动轴承元件的固有频率,滚动轴承元件出现缺陷或结构不规那么时，运行中将激发各个元件以其固有频率振动。轴承元件的固有频率取决于本身的材料沙形和质量，一般在2060kHz的频率内。,)滚动轴承安装,轴承安装歪斜、旋转轴系弯曲或轴承紧固过紧、过松等，都会引起轴承振动，振动的频率与滚动体的通过频率相同。,28,)滚动轴承常见的异常状况,当轴承状况异常时，在激振力的作用下，轴承振动加剧，振动值变大。滚动轴承常见的异常状况可分为以下类。,(1外表皱裂是因轴承使用时间较长、轴承的滚动配合面全周慢慢劣化的异常形态。发生这种情况时，轴承的振动与正常轴承的振动具有相同的特点，即两者的振动都是无规那么的，振幅的概率密度分布大多为正态分布，两者的惟一区别是轴承皱裂时的振幅变大了。,(外表剥落是疲劳、裂纹、压痕以及胶合斑等失效形式所造成的滚动面的异常形态，它引起的振动为冲击振动。在它的频谱中，一类为传输振动的低频脉动形式；另一类为轴承元件的固有振动。通过查找这些固有振动中的某一元件运行中的特征频率是否出现，即可进行故障诊断。,(轴承烧毁是由于润滑状态恶化造成的，发生此情况时，轴承的振动值将迅速增大。,29,2.滚动轴承故障的振动诊断方法,)振幅监测法,1有效值均方根值和峰值判别法 振动信号的有效值反映了振动能量的大小，当轴承产生异常后，其振动必然增大，因而可用有效值作为轴承异常的判断指标。有效值是对时间平均的，故适用于像磨损之类的振幅随时间缓慢变化的故障诊断。,2波峰因数诊断法 所谓波峰因数，是指峰值与有效值之比。采用波峰因数进行诊断的最大特点，是因为它的值不受轴承尺寸、转速及载荷的影响,30,)概率密度诊断法,将滚动轴承的振动或噪声信号通过数据处理得到不同形式的概率密度函数图形，根据图形的形式可以初步确定轴承是否存在故障以及故障的状态和位置。无故障滚动轴承振幅的概率密度曲线是典型的正态分布曲线，而一旦出现故障，概率密度曲线那么会出现变形情况。据此不难分析出图5-9所示的四种不同状态轴承的工作状况。,图5-9 轴承的几种概率密度函数图,31,)冲击脉冲诊断法,冲击脉冲诊断法shock pulse method的原理是：滚动轴承存在缺陷时，如有疲劳剥落、裂纹。磨损和滚道进人异物时，会发生低频冲击，这种冲击脉冲信号不同于一般机器的振动信号，冲击脉冲的持续时间很多，其能量可在广阔的频率范围内发散，并由于结构阻尼很快被衰减下去。冲击脉冲的强弱与轴承的线速度有关，反映了故障程度。,32,使用冲击脉冲诊断法时，常常会由于经验缺乏或对设备工况条件考虑不周造成误诊，为防止这些情况的发生，采用该法时应注意以下问题：,由于机器本身结构限制，无法完全到达SPM传感器安装标准时，会造成信号衰减。,设备本身结构有较大误差时，如出现轴弯曲、不对中等情况时，会造成轴承状态恶化前的误报警。,33,5.3 油样分析与诊断技术,1.油样采集工作的原那么,油样是油样分析的依据，是设备状态信息的来源。采样部位和方法的不同，会使所采取的油样中的磨粒浓度及其粒度分布发生明显的变化，所以采样的时机和方法是油样分析的重要环节。为保证所采油样的合理性，采取油样时应遵循以下几条根本原那么：,应始终在同一位置、同一条件如停机那么应在相同的时间后和同一运转状态转速、载荷相同下采样；,应尽量选择在机器过滤器前并防止从死角、底部等处采样；,应尽量选择在机器运转时，或刚停机时采样；,如关机后采样，必须考虑磨粒的沉降速度和采样点位置，一般要求在油还处于热状态时完成采样；,采油口和采样工具必须保持清洁，防止油样间的交叉污染和被灰尘污染，采样软管只用一次。,34,2.油样采集的周期,油样采集周期应根据机器摩擦副的特性、机器的使用情况以及用户对故障早期预报准确度的要求而定。一般机器在新投入运行时，其采样间隔时间应短，以便于监测分析整个磨合过程；机器进入正常期后，摩擦副的磨损状态变得稳定，可适当延长采样间隔。如变速箱、液压系统等，一般每500采一次油样；新的或大修后的机械在第一个 1000的工作期间内，每隔250采一次油样；油样分析结果异常时，应缩短采样时间间隔。,35,3.油样采集的方法,采样的主要工具是抽油泵、油样瓶和抽油软管等，其组成。采样的方法步骤如下：,松开油泵圆头螺母插入软管，然后拧紧螺母，使软管固定在抽油泵接头上。软管应从泵接头的底部伸出大约10，以保证泵接头和泵内部不受油污染。,将油样瓶拧紧在抽油泵头上，连接部位不能漏气。,抽出被检机器上的机油尺，或翻开加油口螺母，将油管插入油面约50。油管不宜插人过深，以防止吸出沉淀物。,反复推拉抽油泵手柄，在油样瓶中产中真空，使油液通过软管流人油样瓶中，直至抽够标定油量为止。,取下油样瓶，擦净抽油管，放松螺母将抽油管取下。,填写油样检验单机型、编号、部位和运转小时等，并将其粘贴在油样瓶上。,36,油样铁谱分析技术,铁谱分析技术包括定性分析技术和定量分析技术两个方面。,1.铁谱的定性分析,在铁谱定性分析中，关键技术是对各类磨粒形貌的识别。识别时可参考我国编辑的轴承、齿轮、柴油机、液压系统等特定零件。系统和设备的磨粒图谱以及美国Dianel.P.Anderson编著的?磨粒图谱?和英国国家煤炭局科技开展总部门HQTD编撰的图谱。,37,)形貌分析,(正常磨损微粒 正常磨损微粒是指设备的摩擦面经跑合后，进人稳定磨合阶段时所产生的磨损微粒。对钢而言，是厚度在0.151m的碎片，长度为0.515m,(切削磨损磨粒 这种磨粒是由一个摩擦外表切人另一个摩擦外表或润滑油中央杂的硬质颗粒、其他部件的磨损磨粒切削较软的摩擦外表形成的，磨粒形状如带状切屑，宽度为25m，长度为25 100m，厚度约为0.25m。当出现这种磨屑时，提示机器已进人作正常的磨损阶段。,38,(滚动疲劳磨损微粒 这种微粒通常是由滚动轴承的疲劳点蚀或剥落产生的，它包括种不同形态：疲劳剥离磨屑、球状磨屑和层状磨屑。,(滚动一滑动复合磨损微粒 滚动一滑动复合磨损磨粒是齿轮啮合传动时由疲劳点蚀或胶合而产生的磨粒。它是齿轮副、凸轮副等摩擦副的主要损坏原因。这种磨属与滚动轴承所广生的磨屑有许多共同之处，它们通常均具有光滑的外表和不规那么的外形，磨屑的长轴尺寸与厚度之比为4:110:1。滚动一滑动复合磨损微粒的特点是磨屑较厚几个微米，长轴尺寸与厚度比例较高。,(严重滑动磨损磨粒 此类磨粒是在摩擦面的载荷过高或速度过高的情况下由于剪切混合层不稳定而形成的，一般为块状或片状，外表带有滑动的条痕，并具有整齐的刃口，尺寸在20,39,图5-10 初期磨损的磨粒形态,40,图5-11 切削磨粒的磨粒形态,图5-12 严重滑动磨粒的磨粒形态,41,)成分分析(1有色金属磨粒的识别,表5-10 有色金属的识别,42,(4铁的氧化物识别,铁谱片上出现铁的红色氧化物，说明润滑系统中有水分存在果铁港片出现黑色氧化物，说明系统润滑不良，在磨屑生成过程中曾经有过高热阶段。,铁的红色氧化物磨屑有两类，一类是多晶体，在白色反射光下呈橘黄色，在反射偏振光下呈饱和的橘红色，如果铁谱片有大量此类磨屑存在特别是大磨屑存在,说明油样中必定有水。另一类是扁平的滑动磨损微粒，在白色反射光下呈灰色，在白色透射光下呈无光的红棕色，因反光程度高，容易与金属磨属相混淆。但如果仔细观察那么会发现，这种磨屑不如金属颗粒明亮，在断面薄处有透射光。假设铁谱片中有此磨屑出现，说明润滑不良应采取相应对策。,43,铁的黑色氧化物 铁的黑色氧化物微粒外缘为外表粗
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