机电备状态监测与故障诊断ppt课件.ppt

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1、寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与机电设备状态监测与故障诊断故障诊断电话：，电话：，3/18/20231寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断现实生活和工业过程中恶性事故时有发生现实生活和工业过程中恶性事故时有发生转子事故转子事故3/18/20232天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒

2、假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断现实生活和工业过程中恶性事故时有发生现实生活和工业过程中恶性事故时有发生透平机械事故透平机械事故3/18/20233天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断现实生活和工业过程中恶性事故时有发生现实生活和工业过程中恶性事故时有发生 水轮机事故水轮机事故3/18/20234天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社

3、会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断现实生活和工业过程中恶性事故时有发生现实生活和工业过程中恶性事故时有发生美国哥伦比亚号载美国哥伦比亚号载人航天飞机失事人航天飞机失事3/18/20235天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断现实生活和工业过程中恶性事故时有发生现实生活和工业过程中恶性事故时有发生断裂部位三峡塔带机断裂事故三峡塔带机断裂事故 2002年年9月月3日日3/18/20236天津大学机电科技中心寒假

4、来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断 对关关键设备进行状行状态监测和故障和故障诊断可以提高断可以提高设备的可靠性，的可靠性，实现“事后事后维修修”到到“预知知维修修”的的转变，提高企，提高企业和和设备的管理水平，保的管理水平，保证产品的品的质量，量，避免重大事故的避免重大事故的发生，降低事故危害性，从而生，降低事故危害性，从而获得得潜在的巨大潜在的巨大经济效益和社会效益。效益和社会效益。机电设备故障诊断的意义：机电设备故障诊断的意义：日本日本应用故障用故障诊断技断技术

5、后，事故后，事故发生率减少生率减少75%，维修修费用降低用降低2550。英国。英国对2000个国个国营工厂的工厂的调查表明，采用状表明，采用状态监测和故障和故障诊断技断技术后，每年可后，每年可节省省维修修费用用3亿英英镑，而故障，而故障诊断系断系统的成本的成本为0.5亿英英镑。3/18/20237天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断国外诊断技术的发展概况：国外诊断技术的发展概况：美国最早，美国最早，1967年美国宇航局倡导成立了机械故障预年美国

6、宇航局倡导成立了机械故障预防小组（防小组（“MFPG”）70年代英国机械保健中心成立，并用于核发电、钢铁、年代英国机械保健中心成立，并用于核发电、钢铁、电力等诊断。电力等诊断。71年日本开始发展自己的年日本开始发展自己的TPM（全员生产维修）：钢（全员生产维修）：钢铁、石油、化工、铁路铁、石油、化工、铁路 进而欧美许多国家都在重视发展。如瑞典进而欧美许多国家都在重视发展。如瑞典SPM轴承监轴承监测、挪威船舶诊断、丹麦测、挪威船舶诊断、丹麦B&K的振动与声发射诊断的振动与声发射诊断3/18/20238天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的

7、寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断国内诊断技术的发展概况：国内诊断技术的发展概况：天津大学天津大学从从1982年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、切年起研究齿轮传动、轴承、齿轮箱、切 削过程等方面的诊断与监控技术，成果主要：削过程等方面的诊断与监控技术，成果主要：1、设备的智能诊断与预测维修系统、设备的智能诊断与预测维修系统 2、设备在线自动报警与保护通用监控系统、设备在线自动报警与保护通用监控系统 3、动态测试与信号分析系统、动态测试与信号分析系统 4、模态分析系统、模态分析系统 华中理工大学：华中理工大学：汽轮发电机组诊断专家系统、钢丝

8、绳诊断系统汽轮发电机组诊断专家系统、钢丝绳诊断系统 西安交通大学：西安交通大学：旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断RB20，用于炼油行业，用于炼油行业 国防科技大学：国防科技大学：望远号远洋考察船的在线监控与故障诊断系统望远号远洋考察船的在线监控与故障诊断系统 哈尔滨工业大学：哈尔滨工业大学：20万万KW汽轮发电机组诊断汽轮发电机组诊断3/18/20239天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断诊断技术的特点：诊断技术的特点：技术研究和积累较多技术研

9、究和积累较多 在石化、电力等方面的应用较多，效益好、易诊断在石化、电力等方面的应用较多，效益好、易诊断 传统机械制造业应用少，主要原因是传动结构复杂、企传统机械制造业应用少，主要原因是传动结构复杂、企业效益普遍不好业效益普遍不好 汽车制造业已经逐步重视，如：玉柴、吉普、桑塔纳、汽车制造业已经逐步重视，如：玉柴、吉普、桑塔纳、一汽、重庆长安、一汽、重庆长安、“九五九五”攻关项目等攻关项目等3/18/202310天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断

10、状态监测与故障诊断系统状态监测与故障诊断系统:v离离线监测与故障与故障诊断断 定期或不定期的巡检的方式采集现场数据，然后回放定期或不定期的巡检的方式采集现场数据，然后回放到计算机，由计算机软件进行监测与诊断分析。到计算机，由计算机软件进行监测与诊断分析。特点：离线分析，对突发故障无能为力，但可精细分特点：离线分析，对突发故障无能为力，但可精细分析析 例如：例如：基于便携式数采仪的故障诊断与预测维修系统基于便携式数采仪的故障诊断与预测维修系统 （天（天 津大学机电科技中心）津大学机电科技中心）3/18/202311天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个

11、充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：v离离线监测与故障与故障诊断断3/18/202312天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多v在在线监测与故障与故障诊断断 由由传感器及高速感器及高速实时数采硬件、控制数采硬件、控制计算机及算机及监测分析分析软件件组成。成。特点：在特点：在线监测，可以，可以给出出设备的当前状的当前状态，捕，捕捉突捉突发故障并故障并进行精行精细分析。分析。例如：例如

12、：在在线故障故障诊断与自断与自动报警系警系统 （天（天 津大学机津大学机电科技中心）科技中心）机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：3/18/202313天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：v在在线监测与故障与故障诊断断3/18/202314天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的

13、寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机床电源机床电源计算机计算机监控箱监控箱记录、文件记录、文件机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：v在在线监测与故障与故障诊断断3/18/202315天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：v前瞻性的故障前瞻性的故障诊断模式：断模式：以网以网络技技术和和计算机技算机技术为基基础，开，开发出主从分布式网

14、出主从分布式网络化集化集成在成在线监控与控与诊断系断系统。特点：充分挖掘和特点：充分挖掘和发挥网网络信息交信息交换、资源共享的源共享的优点，充分点，充分利用科研院所的利用科研院所的专家家资源，源，实现“移移动的是数据而不是人的是数据而不是人”，在网，在网络层面上面上实现故障信息的挖掘和故障故障信息的挖掘和故障类型的确型的确诊。例如：例如：中国中国设备远程程诊断网断网 （天津大学机（天津大学机电科技中心）科技中心）3/18/202316天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多状态监测与故障诊断系统：状

15、态监测与故障诊断系统：。.信号调理信号调理 信号调理信号调理 信号调理信号调理机组机组机组机组现场工控机现场工控机.信号调理信号调理 信号调理信号调理信号调理信号调理机组机组机组机组现场工控机现场工控机。.信号调理信号调理 信号调理信号调理信号调理信号调理机组机组机组机组现场工控机现场工控机远程计算机远程计算机局域网局域网多机组网络化实时监测模式多机组网络化实时监测模式多机组网络化实时监测模式多机组网络化实时监测模式机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断3/18/202317天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是

16、，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断系统：状态监测与故障诊断系统：v前瞻性的故障前瞻性的故障诊断模式：断模式：3/18/202318天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断 设备状状态监测与故障与故障诊断主要包括如下几个断主要包括如下几个环节：机机电设备状状态信息信息的的获取取状状态特征特征的提取的提取状状态判断判断与决策与决策l测取的信号应能反映设备的状态与故障信息测取的信号应能反映

17、设备的状态与故障信息，具体包括：振动、，具体包括：振动、声、力、温度、超声、油污染、锈蚀、转速、扭矩、功率、电流、声、力、温度、超声、油污染、锈蚀、转速、扭矩、功率、电流、电压等。其中：电压等。其中：振动信号最常用振动信号最常用，方法成熟，信息量大；声信号，方法成熟，信息量大；声信号采用非接触测量，测取方便，信息量大，但容易受干扰采用非接触测量，测取方便，信息量大，但容易受干扰l方法：方法：以振动测量为例，可以测：加速度、速度、位移。通常采以振动测量为例，可以测：加速度、速度、位移。通常采用加速度传感器。用加速度传感器。3/18/202319天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学

18、在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断一、状一、状态信息的信息的获取取压电加速度加速度传感器感器 加速度加速度传感器感器输出的出的电荷量与振荷量与振动加速度加速度成正比。成正比。传感器必感器必须与前置与前置电压放大器、放大器、电荷荷放大器或放大器或测量放大器配用。直接放大可量放大器配用。直接放大可测加速加速度，度，经过一次一次积分可分可测速度，速度，经过二次二次积分可分可测位移。位移。加速度加速度传感器一般具有很高的固有感器一般具有很高的固有频率，率，适于适于测量高量高频振振动或或设备振振动中的高

19、中的高频成分。成分。例如例如齿轮箱的捏合箱的捏合频率、率、滚动轴承的特征承的特征频率率等。等。加速度加速度传感器感器测量的是被量的是被测物体的物体的绝对振振动。3/18/202320天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断一、状一、状态信息的信息的获取取速度速度传感器感器 速度速度传感器固定在被感器固定在被测物体上，物体振物体上，物体振动时，传感感器器输出的出的电量与振量与振动速度成速度成正比。正比。经过一次一次积分可分可测位位移，移，经过一次微分

20、可一次微分可测加速加速度。度。速度速度传感器感器测量的是被量的是被测物体的物体的绝对振振动。速度速度传感器的感器的频响范响范围较加速度低一些，不适合加速度低一些，不适合测量量太高太高频率的振率的振动。3/18/202321天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断一、状一、状态信息的信息的获取取电涡流式位移流式位移传感器感器 涡流流传感器属于非接触式感器属于非接触式传感器一感器一类，在旋，在旋转机械中机械中应用最多。可以用来用最多。可以用来监测转子系

21、子系统的运的运动状状态，例如，例如转子的径子的径向振向振动、轴向振向振动、轴心心轨迹、迹、轴心位置、油膜厚度、心位置、油膜厚度、转子子转速等信息。速等信息。涡流流传感器感器测量的是被量的是被测物体与物体与传感器探感器探头端面之端面之间的的距离。距离。3/18/202322天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多一、状一、状态信息的信息的获取取机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断t0t0t0模模拟信号信号离散离散量化量化 传感器感器输出的信号一般都是出的信号一般都是诸如如电压、电荷、荷

22、、电阻阻变化化值、电容容变化化值等模等模拟信号，在利用信号，在利用计算机算机对其其进行行处理之前必理之前必须对其其进行离行离散量化成数字信号。模散量化成数字信号。模拟信号到数字信号信号到数字信号转换的的过程如下程如下图所示。所示。模模拟信号的采集信号的采集3/18/202323天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（信号特征的提取（信号处理）理）信号信号处理的方法理的方法：时域分析、幅域分析、幅值域分析、域分析、频域域分析

23、、分析、时频分析等分析等 信号信号处理的目的理的目的：采用各种技：采用各种技术和手段挖掘信号中和手段挖掘信号中内含的本内含的本质，即信息。具体到机，即信息。具体到机电设备状状态监测和故障和故障诊断中就是提取断中就是提取设备相关信号（包括振相关信号（包括振动、声音、温度、声音、温度、压力等）的特征，力等）的特征，对设备当前状当前状态作出准确的作出准确的评价和价和预测，对已已发生的故障生的故障进行确行确诊，提出正确的，提出正确的维修建修建议。3/18/202324天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多

24、机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）均值均值（一阶矩）：描述信号的（一阶矩）：描述信号的 稳定分量稳定分量方差方差（二阶中心矩）：描述信号的（二阶中心矩）：描述信号的 波动分量波动分量信号的时域波形偏斜度偏斜度（三（三阶矩）：反映信号中大幅矩）：反映信号中大幅 值成分的影响成分的影响3/18/202325天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提

25、取（时域分析）域分析）峭度峭度（四阶矩）：（四阶矩）：反映信号中大幅反映信号中大幅值成分的影响成分的影响信号的概率表示信号的概率表示：概率密度函数的物理意义信号的概率密度函数信号的概率密度函数：3/18/202326天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）应用用：直接直接应用于机器状用于机器状态的的诊断。例如，断。例如，图为车床床变速箱速箱的噪声概率密度函数的噪声概率密度函数p(x)，a新新车

26、床，床，b旧旧车床，床，显然新、旧然新、旧车床床变速箱噪声概率密度函数速箱噪声概率密度函数p(x)值有有较大差异。大差异。车床变速箱噪声概率密度函数a)新车床噪声p(x)b)旧车床噪声p(x)3/18/202327天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）1、自相关函数、自相关函数 是偶函数，即是偶函数，即 。2、当、当 时，自相关函数，自相关函数 等于信号的方差等于信号的方差3、当、当 时，自

27、相关函数，自相关函数 的的值总是小于是小于 ，即小于，即小于方差方差信号的自相关函数信号的自相关函数：描述信号自身的相似程度：描述信号自身的相似程度u重要重要规律：律：周期信号或者其他非随机信号的自相关函数不随周期信号或者其他非随机信号的自相关函数不随变量量 的的变化而衰减；随机信号的自相关函数当化而衰减；随机信号的自相关函数当变量量 增大增大时将将趋向于零。因此，向于零。因此，自相关函数是在机器噪声中查找周期信自相关函数是在机器噪声中查找周期信号或者瞬时信号的重要手段。号或者瞬时信号的重要手段。3/18/202328天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备

28、过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）u应用：正常运行状用：正常运行状态机器噪声是大机器噪声是大量的、无序的、大小接近量的、无序的、大小接近的随机冲的随机冲击结果，有果，有宽而均匀的而均匀的频谱。u运行不正常状运行不正常状态随机噪声将出随机噪声将出现有有规则、周期性的脉冲，其大小比随机冲、周期性的脉冲，其大小比随机冲击大的多。大的多。u例如例如;机构中机构中轴承磨承磨损间隙增大隙增大时，轴与与轴盖就会有碰盖就会有碰击现象。首先运用自相象。首先运用自相关函数关函数查找

29、出找出隐藏的周期分量，藏的周期分量，进而依而依靠其幅靠其幅值和波和波动的的频率可以率可以查找出机器找出机器的缺陷所在。的缺陷所在。图 C630型型车床主床主轴箱箱噪声的自相关函数噪声的自相关函数3/18/202329天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）信号的互相关函数信号的互相关函数：描述两个信号之：描述两个信号之间的相似程度或相关性的相似程度或相关性u性性质：1、互相关函数、互相关函数

30、不一定是偶函数。不一定是偶函数。2、当、当 时，互相关函数，互相关函数 不一定是最大不一定是最大值。3、互相关函数具有反、互相关函数具有反对称性。称性。u重要重要规律：律：若互相关函数出现峰值，则表示两个信号若互相关函数出现峰值，则表示两个信号相似；若互相关函数几乎处处为零，则表示两个信号相似；若互相关函数几乎处处为零，则表示两个信号不相关。不相关。3/18/202330天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（

31、时域分析）域分析）u应用一：用一：相关相关测速速3/18/202331天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）u应用二：用二：故障定位故障定位3/18/202332天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分

32、析）域分析）发动机与司机座的相关性机与司机座的相关性较差，而后差，而后桥与司机座的互相关与司机座的互相关较大，可以大，可以认为司机座的振司机座的振动主要是由汽主要是由汽车后后轮的振的振动引起的。引起的。u应用三：用三：传递通道的相关通道的相关测定定3/18/202333天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）信号的幅值参数信号的幅值参数（2）平均幅）平均幅值（3）均方幅）均方幅值（4）峰）峰值

33、（1）方根幅）方根幅值3/18/202334天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）（2）峰）峰值指指标（3）脉冲指）脉冲指标（4）裕度指）裕度指标信号的无量纲指标信号的无量纲指标=均方幅均方幅值/平均幅平均幅值=峰峰值/均方幅均方幅值=峰峰值/平均幅平均幅值=峰峰值/方根幅方根幅值（1）波形指）波形指标3/18/202335天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打

34、工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（时域分析）域分析）汽汽车后后桥齿轮加速度信号的无量加速度信号的无量纲指指标 如如图所示是所示是对28只汽只汽车后后桥齿轮在不同运行状在不同运行状态下下振振动的加速度信号的加速度信号经过计算算得到的无量得到的无量纲指指标。由。由图课件，波形指件，波形指标K的的变化很小，化很小，没有足没有足够的的诊断能力；脉冲断能力；脉冲指指标I最好，可以作最好，可以作为齿轮运行状运行状态的的优良良诊断指断指标。峰峰值指指标C比起脉冲指比起脉冲指标I要差一些

35、。要差一些。3/18/202336天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（特征的提取（频域分析）域分析）将将时域信号域信号转换到到频域中去域中去进行分析，最普遍的方法行分析，最普遍的方法就是通就是通过快速傅立叶快速傅立叶变换（FFT）进行的行的 在机在机电设备状状态监测与故障与故障诊断中，一些零部件都有断中，一些零部件都有自己的特征自己的特征频率，我率，我们把把时域信号域信号转换到到频域中，域中，查找找对应的特征的特征频率

36、及其幅率及其幅值的大小，就可以粗略判断故障的大小，就可以粗略判断故障的部位和程度。的部位和程度。3/18/202337天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）波德波德图：波德波德图是反是反应及其振幅和相位随及其振幅和相位随转速速变化的关系曲化的关系曲线。如。如图所示。所示。图中以中以转速速为横坐横坐标，振幅和相，振幅和相位角位角为纵坐坐标。这种种图形一般用跟踪形一般用跟踪矢量矢量滤波

37、器在机器起波器在机器起动或停或停车阶段段测得。得。从波德从波德图上可以得到：上可以得到：（1）转子系子系统在各种在各种转速下的振速下的振幅和相位。幅和相位。（2）转子系子系统的的临界界转速。速。（3）转子系子系统的共振放大系数。的共振放大系数。（4）转子振型。子振型。（5）系）系统的阻尼大小。的阻尼大小。3/18/202338天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）奈奎斯特奈奎斯特图

38、：奈奎斯特奈奎斯特图是把振幅与相位随是把振幅与相位随转速的速的变化关化关系用极坐系用极坐标的形式表示出来。如的形式表示出来。如图所示。所示。图中用一旋中用一旋转矢量的点代表矢量的点代表转子子的的轴心，心，该点在各点在各转速下所速下所处位置的位置的极半径表示极半径表示轴的径向振幅，角度就是的径向振幅，角度就是相位角。相位角。从奈奎斯特从奈奎斯特图上可以得到比波德上可以得到比波德图更多的信息，例如更多的信息，例如转子不平衡子不平衡质量量的方位。的方位。3/18/202339天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工

39、的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断瀑布瀑布图：瀑布瀑布图是三坐是三坐标图，x轴为振振动频率，率，y轴为转速或速或者者时间间隔，隔，z轴为振振动幅幅值。如。如图所示。所示。二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）瀑布瀑布图常用来表达机器振常用来表达机器振动在在骤变过程或者启程或者启动停停车过程中各程中各频率成率成分的幅分的幅值变化，可以判断机器的化，可以判断机器的临界界转速、振速、振动原因以及系原因以及系统的阻尼情况。的阻尼情况。例如，机器例如，机器过临界界转速、速、轴承承发生油膜振生油膜振荡、零件磨、零件磨损以及各种突然以及各种突然发生的生

40、的亚异步振异步振动等，均能在瀑布等，均能在瀑布图上上获得分析故障原因的有用信息。得分析故障原因的有用信息。3/18/202340天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断轴心心轨迹迹：轴心心轨迹的迹的获取是利用相互垂直的两个非接触式取是利用相互垂直的两个非接触式传感器分感器分别安置于安置于转子某一截面上，同子某一截面上，同时采集数据采集数据绘制而成。如制而成。如图所示。所示。二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）通通过分析

41、分析轴心心轨迹的运迹的运动方向方向与与转轴的旋的旋转方向，可以确定方向，可以确定转轴的的进动方向（正方向（正进动和反和反进动）。）。轴心心轨迹在故障迹在故障诊断中可以用断中可以用来确定来确定转子的子的临界界转速、空速、空间振型振型曲曲线以及部分摩擦，如不以及部分摩擦，如不对中、摩中、摩擦、油膜振擦、油膜振荡等。等。3/18/202341天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）轴心位置

42、心位置：借助于相互垂直的两个借助于相互垂直的两个电涡流流传感器，感器，监测直流直流间隙隙电压，就可得到，就可得到转子子轴颈中心的径向位置。如中心的径向位置。如图所示。所示。通通过轴心位置心位置图可判断可判断轴颈是是否否处于正常位置，于正常位置，对中好坏、中好坏、轴承承标准高是否正常、准高是否正常、轴瓦有否瓦有否变形等形等情况，从情况，从长时间轴心位置的心位置的趋势可可以以观察出察出轴承的磨承的磨损情况。情况。轴心位置心位置图是指是指转轴在没有径在没有径向振向振动情况下情况下轴心相心相对于于轴承中心承中心的的稳态位置。位置。3/18/202342天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大

43、学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断二、状二、状态特征的提取（其他分析方法）特征的提取（其他分析方法）趋势分析分析：趋势分析是把所分析是把所测得的特征数据得的特征数据值和和预报值按一按一定的定的时间顺序排列起来序排列起来进行分析。如行分析。如图所示。所示。这些特征数据可以是通些特征数据可以是通频振振动、1倍倍频振振动、2倍倍频振振动、0.5倍倍频振振动、轴心心位置等。位置等。时间序列可以按前后序列可以按前后各次采各次采样、按小、按小时、按天等。、按天等。趋势分析在故障分析在故障诊断中起着断中起

44、着重要的作用。重要的作用。3/18/202343天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断三、机三、机电设备故障故障诊断方法断方法v转轴组件的故障件的故障诊断断 转轴组件是机器中主要的装配件是机器中主要的装配单元。它的振元。它的振动类型可分型可分为径向振径向振动、轴向振向振动和扭和扭转振振动三三类。其中径向振。其中径向振动对机器运机器运转的影响最大，的影响最大，成了振成了振动监测的主要的主要对象。象。回回转机械中的振机械中的振动可分可分为两种形式，两

45、种形式，其一是同步振其一是同步振动，又称，又称为强强迫振迫振动，主要由主要由转子的不平衡、子的不平衡、联轴器的不器的不对中、安装不良中、安装不良等引起的。其振等引起的。其振动频率率为转子的回子的回转频率及其倍率及其倍频；振；振动的幅的幅值在在转子的子的临界界转速前随着速前随着转速的增加而增大；超速的增加而增大；超过临界界转速，速，则随随转速的增加而减小。速的增加而减小。对转子子进行行动平衡平衡处理理，可以有效减，可以有效减轻和抑制和抑制这种振种振动。3/18/202344天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招

46、工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断三、机三、机电设备故障故障诊断方法断方法v转轴组件的故障件的故障诊断断 另一种振另一种振动的形式是的形式是亚同步振同步振动，又称自激振，又称自激振动。其振。其振动频率低率低于于转子的回子的回转频率。率。这种振种振动常常在某个常常在某个转速下突然速下突然发生，具有极大生，具有极大的危害性。的危害性。常常见的的亚同步振同步振动有油膜有油膜涡动、油膜振、油膜振荡。（1）油膜）油膜涡动：油膜：油膜涡动的的频率率约为转子回子回转频率的一般，常称率的一般，常称为半速半速涡动或半或半频涡动。（2）油膜振）油膜振荡：随着：随着转子子转速增加，油膜

47、速增加，油膜涡动频率也增加，两者保持一率也增加，两者保持一个近乎不个近乎不变的恒定比，的恒定比，约为50。但当。但当转速速约为转子一子一阶临界界转速的速的2倍的倍的时候，随着候，随着转速增加，速增加，涡动频率将保持不率将保持不变，等于，等于转子的一子的一阶临界回界回转频率，率，转子出子出现强强烈的振烈的振动现象，称象，称为油膜振油膜振荡。3/18/202345天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多为钢球数；球数；为钢球直径；球直径；为滚道道节径；径；为接触角；接触角；为回回转频率。率。滚动轴承的常

48、承的常见故障主要有：故障主要有：磨磨损、疲疲劳（点（点蚀、剥落）、塑、剥落）、塑性性变形、腐形、腐蚀以及断裂、胶合等以及断裂、胶合等 其他失效形式。其他失效形式。机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断三、机三、机电设备故障故障诊断方法断方法v滚动轴承的故障承的故障诊断断 轴承的特征承的特征频率率计算公式：算公式：（1）内圈剥落：内圈剥落：（2）外圈剥落：外圈剥落：（3）钢球剥落：球剥落：（4）内内滚道不道不圆：（5）保持架不平衡：保持架不平衡：3/18/202346天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会

49、上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断三、机三、机电设备故障故障诊断方法断方法v滚动轴承的故障承的故障诊断断滚动轴承常用分析方法：承常用分析方法：带通通滤波法波法 共振解共振解调法法包包络谱 脉冲冲脉冲冲击法法SPM 频谱分析法分析法 油油样分析（分析（铁谱、光、光谱、磁塞）、磁塞）轴承温度：如高速机承温度：如高速机车的的轴温温监测3/18/202347天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多机电设备状态监测与故障诊断机电设备状态监测与故障诊断三、机三、机电设备故障

50、故障诊断方法断方法v滚动轴承的故障承的故障诊断断右右图为某外圈有剥落某外圈有剥落206轴承振承振动信号的信号的频谱和包和包络谱图。7500Hz附近附近为测试棒引起的高棒引起的高频固有振固有振动。以。以15200Hz为中心中心频率，率，以以带宽3200Hz进行包行包络分析得到分析得到下下图。其上。其上408Hz、816Hz谱线非非常明常明显，这分分别是外圈故障特征是外圈故障特征频率的一倍率的一倍频和二倍和二倍频。在三倍。在三倍频1224Hz处也有也有谱峰存在，但不峰存在，但不明明显。3/18/202348天津大学机电科技中心寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意