机械故障
一、机械故障的概念：
所谓机械故障，是指机械丧失了它所被要求的性能和状态。机械发生故障后，其技术指标就会显著改变而达不到规定的要求，如原动机功率降低，传动系统失去平衡，噪音增大，工作机构能力下降，润滑油的消耗增加等等。
二、机械故障的类型：
机械故障的分类方法很多，主要有以下三种：
1、按照故障发生的时间性分类
按照故障发生的时间性可以分为渐发性故障、突发性故障和复合型故障。
（1）渐发性故障
渐发性故障是由于机械产品的参数劣化过程（磨损、腐蚀、疲劳、老化）逐渐发展而形成的。它的主要特点是故障发生可能性的大小与机械产品的使用时间有关，使用的时间越长，发生故障的可能性就越大。大部分机器的故障都属于这一类故障。这类故障只是在机械设备的有效寿命的后期才明显的表现出来，这种故障一经发生，就标志这机械设备寿命的终结，需要进行大修。由于这种故障的渐发性，它是可以预测的。
（2）突发性故障
突发性故障是由于各种不利因素和偶然的外界影响对机械设备共同作用的结果。这种故障发生的特点是具有偶然性，一般与使用的时间无关，因而这种故障是难于预测的，但它一般容易排除。这类故障的例子有：因润滑油中断而使零件产生热变形裂纹；因机械使用不当或出现超负荷现象而引起零件折断；因各参数达到极限值而引起零件变形和断裂等。
（3）复合型故障
复合型故障包括了上述两种故障的特征。其故障发生的时间是不确定的，并与设备的状态无关，而设备工作能力耗损过程的速度则与设备工作能力耗损的性能有关，如果由于零件内部存在着应力集中，当受到外界对机器作用的最大冲击后，随着机器的继续使用，就可能逐渐发生裂纹。
2、按照故障出现的情况分类
按照故障出现的情况可以分为实际故障和潜在故障。
（1） 实际故障
实际故障是指机械设备丧失了它应有的功能或参数，超出规定的指标或者根本不能工作，也可能使机械加工精度破坏，传动效率降低，速度达不到标准值等。
（2） 潜在故障
课程编号：S041D07
机械故障诊断学
Introduction to machine fault diagnosis
授课学院： 机电学院
授课教师：柴保明 教授
开课学期：（春季） 学时：30 学分：2
一、课程的目的和基本要求（200字左右）
本课程为机械设计及理论专业研究生选修课。主要讲述传感器原理与信号检测方法；特征分析与特征向量选择；状态识别方法；神经网络诊断原理、专家系统诊断原理。要求通过本课程的学习，掌握传感器原理与信号检测方法，能够用正确的方法研究机械故障特征量的变化规律，合理选择特征量。通过学习掌握状态是别的基本方法，包括：对比分析方法模型分析方法、贝叶斯分类法、距离函数分类法、信息距离判别法、模糊诊断法、故障树法。了解神经网络诊断原理、专家系统诊断原理及在故障诊断中的应用。
二、课程内容简介及学时分配建议（或专题课、进展课的内容架构）
1故障诊断发展概况（4学时）
设备故障诊断学的意义；故障诊断技术的发展；计算机辅助诊断系统的主要环节；故障诊断与机械系统可靠性
2 传感器与信号检测（4学时）
特征信号的选择；震动信号的监测；计算机辅助信号采集系统
3特征分析与特征量选择（6学时）
随机过程与时间序列；时间序列的统计分析；时域模型分析及在故障诊断中的应用；随机时间序列的频域分析
4 状态识别方法原理（6学时）
对比分析方法；模型分析方法；距离函数分类法；信息距离判别法；模糊诊断法；故障树法
5神经网络诊断原理（4学时）
人工神经网络的拓扑结构及学习规则；多层前向神经网络模型及BP算法；径向基函数网络及其学习方法；模糊神经网络模型
6专家系统诊断原理（4学时）
故障诊断专家系统的结构及功能；推理机制；知识表示与知识获取；人工网络与专家系统；基于行为的故障诊断
7旋转机械的状态监视与故障诊断（4学时）
转子系统的故障诊断；齿轮箱的故障诊断；滚动轴承的振动信号分析及研究
1311303006 机械设计及理论 王明霞
机械故障诊断的研究与发展趋势
摘要：在当前工业化和信息化飞速发展的新形势下，机械设备的故障诊断技术在现代工业生产中的作用不可忽视。本文扼要地叙述了机械故障诊断理论及其发展历程，总结了其研究与应用现状， 指出了该领域理论研究、技术开发和工程应用中尚存在的问题，分析了当前研究与开发的基本动态以及可能的发展趋势，最后该文讨论了人工智能在机械故障诊断中的研究方向及其发展趋势。
关键词：机械设备；故障诊断；发展趋势
1 引言
随着现代机械设备日益朝着高速化、大型化、精密化、自动化方向发展，机械设备在现代工业生产中的作用和影响越来越大，机械设备的可靠性、可用性、可维修性与安全性的问题日益突出，各工业部门对机械故障诊断技术的需求也日益迫切。并且随着计算机技术及数字信号处理技术的迅速发展，机械设备振动监测与故障诊断技术被广泛应用于电力、石油化工、冶金等行业的大型、高速旋转机械中。目前这种技术己成为设备现代化管理和提高企业综合效益的技术基础。国内外实践表明，以振动监测与故障诊断技术为基础的设备预知维修能节省大量的维修费用，取得显著的经济效益，而且还能保证设备的安全运行，预防和减少恶性事故的发生，消除故障隐患，保障人身和设备安全，提高生产率。开展机械设备故障机理及诊断技术的研究具有重要的现实意义。
2 机械故障诊断介绍
2.1 机械故障诊断的含义
所谓机械故障诊断，就是通过机械运行中的相关信息来识别其技术状态是否正常，确定故障的性质与部位，寻找故障起因，预报故障趋势，并提出相应对策；它以故障机理和技术检测为基础，以信号处理和模式识别为其基本理论与方法。其目的是避免故障的发生, 最大限度地提高机械的使用效率[1]。
2.2 机械故障诊断的研究内容 一般的机械系统故障诊断系统从物理上划分为机械测量、监视与保护、数据采集、振动状态分析、网络数据传输五个部分；从功能上，机械系统状态监测与故障诊断系统主要包括以下三个基本环节：
机械故障诊断
绪论：机械设备状态监测与故障诊断：是识别机械设备(机器或机组)运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映；通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理分析，特征提取，从而定量诊断(识别)机械设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取的必要对策的一门技术。主要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面。机械设备是现代化工业生产的物质技术基础，设备管理则是企业管理中的重要领域，也就是说，企业管理的现代化必然要以设备管理的现代化作为其重要组成部分，机械设备状态监测与故障诊断技术在设备管理与维修现代化中占有重要的地位。
机械设备状态监测与故障诊断技术在满足可靠性、可用性、维修性、经济性、安全性要求中，扮演着越来越重要的角色。机械故障的诊断的意义当然是不可忽略的。第一，有利于提高设备管理水平，“ 管好、用好、修好”设备，不仅是保证简单再生产的必要条件，而且能提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调地发展。机械设备状态监测与故障诊断是提高设备管理水平的一个重要组成部分；第二，避免重大事故发生，减少事故危害性，现代设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高。但是，当设备出现故障时所带来的影响程度也明显增大，有时不仅仅是造成巨大的经济损失，往往还会带来灾难性的事故，发展机械设备状态监测与故障诊断技术，并进行有效、合理的实施，可以掌握设备的状态变化规律及发展趋势，防止事故于未然，将事故消灭在萌芽；第三，宏观上实施故障诊断能带来经济效益。
机械设备的发展也是从最初最原始的方法到至今的高端迈进。第一阶段：19世纪工业革命到20世纪初，低的生产力水平，事后维修方式；第二阶段：20世纪初到20世纪50年代，规模化生产方式—定期维修—设备诊断技术孕育，由听、摸、闻、看到初步的设备诊断仪器；第三阶段：20世纪60—70年代，大规模生产方式—状态维修—设备诊断技术形成；第四阶段：20世纪80—目前，柔性生产方式—风险管理—智能化设备诊断技术，设备诊断相关信息的集成化、智能化、网络化利用。①第二次世界大战中，认识到这种技术的重要性；②第二次世界大战后，因对应技术未发展而发展不快；③60年代后，电子技术、计算机技术发展、1965年FFT方法和对应的数字信号处理和分析技术的发展为设备诊断技术奠定了技术基础。
