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1、新疆农业业大学机机械交通通学院机械故障障诊断课课程论文文题目:旋旋转机械械故障诊诊断设计计研究课 程: 机械故故障诊断断基础姓 名:王 伟专业: 农业业机械化化及其自自动化班级: 机化0082班班学号:008377322218指导教师师: 亢银霞霞日 期： 20011年11 月月28 日日 旋转机械械故障诊诊断设计计研究新疆农业业大学王伟伟 （农农机化0082班班 083373222188）【摘 要要】：文章概概述了旋旋转机械械故障诊诊断的基基本方法法和国内内外的先先进技术术，分别别阐述了了各方法法的基本本原理、优优缺点及及典型应应用，展展望了故故障诊断断技术的的发展趋趋势和前前景。关键词 旋
2、转机机械，信信号处理理，故障障诊断 转子子系统前 言机械故障障诊断技技术是指指通过对对设备在在运行中中(或相对对静态条条件下)状态信信息的处处理和分分析，结结合诊断断对象的的历史状状况, 识别设设备及其其部件的的实时技技术状况况，并预预知有关关异常、故故障和预预测其未未来技术术状况, 从而而确定必必要对策策的技术术，是一一门以近近代数学学、电子子计算机机理论与与技术、自自动控制制理论、信信号处理理技术、仿仿真技术术、可靠靠性理论论等有关关学科为为基础的的，应用用型的多多学科交交叉的边边缘学科科。用于于设备故故障诊断断的方法法很多，常常用的按按检测手手段分有有振动检检测诊断断法、噪噪声检测测诊断
3、法法、温度度检测诊诊断法、声声发射检检测诊断断法、油油液分析析诊断法法等。国内外外还提出出了其他他一些故故障诊断断技术方方法，主主要有专专家系统统、人工工神经网网络、PPetrri网络络、粗糙糙集理论论等。1.旋转转机械故故障诊断断的内容容作为设备备故障诊诊断技术术的一个个分支-旋转转机械状状态监测测与故障障诊断技技术.其其研究领领域也同同样主要要集中在在故障信信息检测测、故障障特征分分析、状状态监测测方法、故故障机理理研究、故故障识别别及其专专家系统统。其研研究领域域的进一一步划分分如图11-1所示示图1-11 旋转转机械故故障诊断断技术领领域2.旋转转机械故故障诊断断意义旋转机械械故障诊诊
4、断技术术的由来来及发展展，与十十分可观观的故障障损失以以及设备备维修费费密切相相关，而而旋转机机械故障障诊断的的意义则则是有效效地遏制制了故障障损失和和设备维维修费用用。具体体可归纳纳如下几几个方面面：1.及时时发现故故障的早早期征兆兆，以便便采取相相应的措措施，避避免、减减缓、减减少重大大事故的的发生；2.一旦旦发生故故障，能能自动纪纪录下故故障过程程的完整整信息，以以便事后后进行故故障原因因分析，避避免再次次发生同同类事故故；3通过对对设备异异常运行行状态的的分析，揭揭示故障障的原因因、程度度、部位位，为设设备的在在线调理理、停机机检修提提供科学学依据，延延长运行行周期，降降低维修修费用；
5、4可充分分地了解解设备性性能，为为改进设设计、制制造与维维修水平平提供有有力证据据。3转子不不平衡的的故障机机理及诊诊断方法法3.1振振动机理理转子不平平衡是指指受材料料质量、加加工、装装配以及及运行中中多种因因素的影影响，其其质量中中心和旋旋转中心心线之间间存在一一定量的的偏心距距，使得得转子在在工作时时形成周周期性的的离心力力干扰，在在轴承上上产生动动载荷，从从而引起起机器振振动的现现象。因因此，把把产生离离心力的的原因旋转转体质量量沿旋转转中心线线的不平平均分布布叫做不不平衡，由由此引起起的机器器振动或或运行时时产生的的其他问问题称为为不平衡衡故障。事事实上一一个平衡衡良好的的转子也也做
6、不到到“绝对平平衡”的，总总是存在在微量的的不平衡衡，因此此在转子子振动信信号的频频谱上总总会出现现转速频频率成分分（或称称工频），但但不发生生不平衡衡振动。只只有当不不平衡量量超过一一定值后后，离心心力才会会引起机机器明显显的振动动。3.2诊诊断方法法表1 转子质质量偏心心的振动动特征1234567特征频率率常伴频率率振动稳定定性振动方向向相位特征征轴心轨迹迹进动方向向1稳定径向稳定椭圆正进动表2 转子质质量偏心心的敏感感参数123456振动随转转速变化化振动随负负荷变化化振动随油油温变化化振动随流流量变化化振动随压压力变化化其它识别别方法明显不明显不变不变不变低速时振振幅趋于于零表3 转子
7、部部件缺损损的振动动特征1234567特征频率率常伴频率率振动稳定定性振动方向向相位特征征轴心轨迹迹进动方向向1突发性增增大后稳稳定径向突变后稳稳定椭圆正进动表4 转子缺缺损部件件的敏感感参数133456振动随转转速变化化振动随负负荷变化化振动随油油温变化化振动随流流量变化化振动随压压力变化化其它识别别方法明显不明显不变不变不变振幅突然然增加4转子不不对中的的故障机机理以及及诊断方方法机组各转转子之间间由联轴轴器联接接构成轴轴系，传传递运动动和转矩矩。由于于机器的的安装误误差，承承载后的的变形以以及机器器基础的的沉降不不均等，造造成机器器工作状状态是各各转子轴轴线之间间产生轴轴线平行行位移、轴
8、轴线角度度位移或或综合位位移等对对中变化化误差，统统称为转转子不对对中。安装误差差造成转转子不对对中的三三种情形形转子系统统机械故故障的660%是是由不对对中引起起的。具具有不对对中故障障的转子子系统在在其运转转过程中中将产生生一系列列有害于于设备的的动态效效应，如如引起机机器联轴轴器偏转转、轴承承早期损损坏、油油膜失稳稳和轴的的挠曲变变形等，导导致机器器发生异异常振动动，危害害极大。4.1转子不对中振动机理转子不对对中的轴轴系，不不仅改变变了转子子轴颈与与轴承的的相互位位置和轴轴承的工工作状态态，同时时也降低低了轴系系的固有有频率。如如图所示示，轴系系由于转转子不对对中，使使转子受受力及支支
9、承所受受的附加加力是转转子发生生异常振振动和轴轴承早期期损坏的的重要原原因。转子不对对中示意意图联轴器的的结构种种类较多多，大型型高速旋旋转机械械常用齿齿式联轴轴器，中中、小型型设备多多用固定定式刚性性联轴器器，现以以刚性联联轴器为为例说明明转子不不对中的的故障机机理。刚性联轴轴器联接接的转子子对中不不良时，由由于强制制联接所所产生的的力矩，不不仅使转转子发生生弯曲变变形，而而且随转转子轴线线平行位位移或轴轴线角度度位移的的状态不不同，其其变形和和受力情情况也不不一样，如如图所示示。转子不对对中的两两种变形形情况用刚性联联轴器联联接的转转子不对对中时，转转子往往往是既有有轴线平平行位移移，又有
10、有轴线角角度位移移的综合合状态，转转子所受受的力既既有径向向交变力力，又有有轴向交交变力。弯曲变形形的转子子由于转转轴内阻阻现象以以及转轴轴表面与与旋转体体内表面面之间的的摩擦而而产生的的相对滑滑动，使使转子产产生自激激旋转振振动，而而且当主主动转子子按一定定转速旋旋转时，从从动转子子的转速速会产生生周期变变动，每每转动一一周变动动两次，因因而其振振动频率率为转子子转动频频率的两两倍。4.2转转子不对对中的诊诊断方法法转子不对对中的振振动特征征1234567特征频率率常伴频率率振动稳定定性振动方向向相位特征征轴心轨迹迹进动方向向21、33稳定径向、轴轴向较稳定双环椭圆圆正进动转子不对对中的敏敏
11、感参数数133456振动随转转速变化化振动随负负荷变化化振动随油油温变化化振动随流流量变化化振动随压压力变化化其它识别别方法明显明显有影响有影响有影响转子轴向向振动较较大；联联轴器相相邻轴承承处振动动较大；随机器器负荷增增加，振振动增大大；对环环境温度度变化敏敏感5转子摩摩擦的故故障机理理以及诊诊断方法法在高速旋旋转机械械中，为为了提高高机器效效率，往往往把密密封间隙隙、轴承承间隙做做得较小小，以减减少气体体和润滑滑油的泄泄露。但但是，小小间隙除除了会引引起流体体动力激激振之外外，还会会发生转转子与静静止部件件的摩擦擦。轻者者发生密密封件的的摩擦损损伤，重重者发生生转子与与静止件件的摩擦擦碰撞
12、，引引起严重重的机器器损伤事事故。此此外轴承承中也会会发生干干摩擦或或半干摩摩擦，这这种摩擦擦有时是是不明显显的，并并不发生生事故，机机器未停停机拆检检之前找找不出异异常振动动原因。因因此，必必须了解解转子与与静止件件摩擦激激振的故故障特征征，以便便及时做做出诊断断，防止止重大事事故发生生。5.1转转子与静静止件径径向摩擦擦的振动动机理转子与静静止件径径向摩擦擦示意图图转子与静静止件发发生径向向接触瞬瞬间，转转子刚度度增大;被静止止件反弹弹后脱离离接触，转转子刚度度减小，并并且发生生横向自自由振动动。因此此，转子子刚度在在接触与与非接触触两者之之间变化化，会产产生一些些特有的的、复杂杂的振动动
13、响应频频率。摩擦振动动是非线线性振动动，局部部摩擦引引起的振振动频率率中包含含有2XX、3XX一些高高次谐波波及分数数谐波振振动(即即次谐波波振动)。在频频谱图上上出现(1/nn) XX的次谐谐波成分分(n=2, 3, 4，)，重度度摩擦时时n=22，轻度度摩擦时时n=22, 33, 44,。次次谐波的的范围取取决于转转子的不不平衡状状态，在在足够高高阻尼的的转子系系统中也也可能完完全不出出现次谐谐波振动动。5.2转转子与静静止件轴轴向摩擦擦的振动动机理轴向摩擦擦时，转转子的振振动响应应几乎与与正常状状况一致致，没有有明显的的异常特特征，所所以诊断断轴向摩摩擦时，不不能用波波形、轨轨迹和频频谱
14、去识识别。干干摩擦具具有阻尼尼的特性性，干摩摩擦正比比于转子子与静止止件间的的干摩擦擦因数和和轴向力力。干摩摩擦阻尼尼远较正正摩擦阻阻尼大，由由轴向干干摩擦引引起的系系统阻尼尼的增加加是显著著的，因因此系统统阻尼的的变化可可作为诊诊断轴向向摩擦的的识别特特征。5.3诊诊断方法法转子与静静止件径径向摩擦擦的振动动特征1234567特征频率率常伴频率率振动稳定定性振动方向向相位特征征轴心轨迹迹进动方向向高次谐波波、低次次谐波及及其组合合谐波1不稳径向连续摩擦擦时:反反向位移移、跳动动、突变变；局部部摩擦时时:反向向位移连续摩擦擦时:扩扩散；局局部摩擦擦时:紊紊乱连续摩擦擦时:反反进动； 局部部摩擦
15、时时:正进进动转子与静静止件径径向摩擦擦的敏感感系数133456振动随转转速变化化振动随负负荷变化化振动随油油温变化化振动随流流量变化化振动随压压力变化化其它识别别方法不明显不明显不变不变不变时域波形形严重削削波6油液分分析诊断断法油液分析析技术又又称为设设备磨损损工况监监测技术术，是一一种新型型的设备备维护技技术，它它利用油油液所携携带的设设备工况况信息来来对设备备的当前前工作状状况以及及未来工工作状况况作出判判断，从从而为设设备的正正确维护护提供了了有效的的依据，达达到预防防性维修修的目的的。油液液在设备备中的各各个运动动部位循循环流动动时，设设备的运运行信息息会在油油液中留留下痕迹迹，这
16、些些信息主主要包括括以下三三个方面面：油液本本身的物物理和化化学性质质的变化化油液中中设备磨磨损颗粒粒的分布布油液中中外侵物物质的构构成以及及分布采用油液液分析技技术进行行机械设设备故障障诊断的的特点有有：1）不拆拆机，无无需安装装传感器器（随机机监测除除外）；2）操作易易于掌握握，有的的方法十十分简单单和直观观；3）信息量量较大；4）需要有有一个严严密的管管理体系系（如油油样的递递送、机机器状态态的反馈馈等），作作为开展展工作的的组织保保证；55)需要要建立一一个计算算机管理理系统，以以完成大大量数据据的管理理工作。油油液分析析中，目目前应用用较多的的有光谱谱分析和和铁谱分分析两种种。油液液
17、分析结结果有种种类多、表表征各异异、离散散与随机机性、定定量与定定性交叉叉、信息息量大、信信息冗余余和不一一致性等等特点，因因此必须须对油液液分析的的信息加加以信息息综合及及信息融融合。7旋转机机械系统统故障诊诊断技术术发展趋趋势随着传感感器技术术、信号号采集及及处理技技术、网网络技术术、智能能控制理理论的高高速发展展，旋转转机械系系统故障障诊断技技术正朝朝着智能能化方向向发展。快快速、有有效提取取故障特特征信号号并给出出相应的的控制方方案和预预测设备备的运行行状态以以合理安安排检修修，进而而提高设设备的利利用率是是故障诊诊断技术术研究的的根本出出发点。实实现容错错控制，自自动对故故障进行行削
18、弱、补补偿、切切换、消消除和修修复，以以保证设设备在出出现故障障时继续续完成其其规定功功能，是是故障诊诊断技术术进一步步的发展展方向。8体会虽然，目目前有关关旋转机机械故障障诊断各各方面研研究中取取得了很很大的进进展，但但在旋转转机械故故障诊断断领域中中仍存在在着不少少问题急急待解决决，如领领域专家家缺乏定定量的诊诊断经验验，故障障与征兆兆之间的的复杂对对应关系系尚需进进一步了了解，大大量知识识的获取取尚不能能自动进进行，如如何寻找找更有效效的学习习算法等等。各种种故障诊诊断方法法的信息息融合、以以及远程程故障诊诊断系统统平台的的构建将将很有发发展前景景。9参考文文献1.陈平平，谢志志江，欧欧
19、阳奇，孙孙红岩基于频频谱图像像的MllIltti机械故故障诊断断研究2.郑建建明，李李言，袁袁启龙，李李鹏阳基于小小波包能能量谱的的HMMM钻头磨磨损监测测。中国机机械工程程，20006(6)3.侯敬敬宏，黄黄树红，申申锼，张张燕平基于小小波分析析的旋转转机械振振动信号号定量特特征研究J机械工工程学报报，20004(1)4.马辉辉，赵鑫鑫，赵群群超，闻闻邦椿时频分分析在旋旋转机械械故障诊诊断中的的应用J振动与冲冲击，220077，3l(6)5.杨江江天，徐徐金梧，目目殇0骥，曾曾子平旋转机机械故障障的双相相于诧特征及及其识别别J机械工工程学报报，20000(9)6.吴今今培，肖肖建华著著蓿能故故障诊断断与专家家系统：科学出出版社M，199977. 王王方，旋旋转机械械的故障障诊断M 北京京；机械械工业出出版社,20006.8.赵骥骥，朱名名栓，罗罗琦，旋转机机械的技技术发展展及其实实现。中国机机械工程程，20006,(6)