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机械故障诊断技术（第二版张建）课后答案第一章1、故障诊断的基础是建立在能量耗散的原理上的。
2、机械故障诊断的基本方法课按不同观点来分类，目前流行的分类方法有两种：一是按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为简易诊断法和精密诊断法；二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法、机器性能参数测定法。
3、设备运行过程中的盆浴曲线是指什么？答：指设备维修工程中根据统计得出一般机械设备劣化进程的规律曲线（曲线的形状类似浴盆的剖面线）4、机械故障诊断包括哪几个方面内容？答：（1）运行状态的检测根据机械设备在运行时产生的信息判断设备是否运行正常，其目的是为了早期发现设备故障的苗头。
（2）设备运行状态的趋势预报在状态检测的基础上进一步对设备运行状态的发展趋势进行预测，其目的是为了预知设备劣化的速度，以便生产安排和维修计划提前做好准备。
（3）故障类型、程度、部位、原因的确定最重要的是设备类型的确定，它是在状态检测的基础上，确定当机器已经处于异常状态时所需进一步解决的问题，其目的是为了最后诊断决策提供依据。
5、请叙述机械设备的故障诊断技术的意义？答：设备诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。
机械设备的故障诊断可以保证整个企业的生产系统设备的运行，减少经济损失，还可以减少某些关键机床设备因故障存在而导致加工质量降低，保证整个机器产品质量。
6、劣化曲线沿横、纵轴分别分成的三个区间分别是什么，代表什么意义？答：横轴包括1、磨合期 2、正常使用期 3、耗损期纵轴包括1、绿区（故障率最低，表示机器处于良好状态）2、黄区（故障率有抬高的趋势，表示机器处于警械注意状态）3、红区（故障率已大幅上升的阶段，表示机器处于严重或危险状态，要随时准备停机）第二章1、按照振动的动力学特性分类，可将机械振动分为三种类型：自由振动和固有频率、强迫振动与共振、自激振动。
旋转机械故障诊断基本理论讲义东方振动和噪声技术研究所目录第一节旋转机械故障诊断的基本知识 (4)一、旋转机械故障诊断的意义及发展概况 (4)1. 旋转机械故障诊断的定义 (4)2. 旋转机械故障诊断的意义 (4)3. 旋转机械故障诊断的发展概况 (4)二、转子振动的基本概念 (5)1. 机械振动 (5)2. 频率 (5)3. 振幅 (5)4 振动烈度 (6)5. 相位和相位差 (6)6. 涡动和进动 (7)7. 临界转速 (7)8. 油膜涡动、油膜振荡 (8)第二节旋转机械故障诊断的基本图谱 (8)1. 波形图 (8)2. 频谱图 (10)3. 轴心轨迹图 (10)4. 极坐标图 (11)5. 轴心位置图 (12)6. 全息谱图 (12)7. 波德图 (13)8. 阶次谱阵图 (14)9. 三维谱阵图 (14)第三节转子系统的故障机理及诊断 (15)一、转子不平衡的故障机理及诊断方法 (15)1. 振动机理 (15)2. 诊断方法 (15)二、转子不对中的故障机理及诊断方法 (16)1. 振动机理 (17)2. 诊断方法 (17)三、转子摩擦的故障机理及诊断方法 (18)1. 转子与静止件径向摩擦的振动机理 (18)2. 转子与静止件轴向摩擦的振动机理 (19)3. 诊断方法 (19)四、转子油膜涡动和油膜振荡的故障机理及诊断方法 (19)1. 振动机理 (19)2. 油膜涡动的诊断方法 (20)3. 油膜振荡的诊断方法 (20)五、转子弯曲的故障机理及诊断方法 (21)1. 振动机理 (21)2. 诊断方法 (21)六、转子支承系统联接松动的故障机理及诊断方法 (21)1. 振动机理 (22)2. 诊断方法 (22)七、转轴具有横向裂纹的故障机理及诊断方法 (22)1. 振动机理 (22)2. 诊断方法 (23)第四节东方所旋转机械分析软件介绍 (23)一、数据采集 (23)二、调入数据 (24)三、键相信号编辑 (24)四、数据预处理 (25)五、多踪时频分析 (25)六、多踪转速参量分析 (26)七、频谱分析 (26)八、Hilbert-Huang 变换 (27)九、阶次分析 (27)十、时间三维谱阵 (28)十一、转速三维谱阵 (28)十二、伯德图 (29)十三、频率阻尼位图（FDB） (29)十四、提纯轴心轨迹 (31)十六、时间转速幅值曲线 (32)十七、二维全息谱 (33)十八、三维全息谱 (34)十九、全息瀑布图 (34)二十、在线分析 (35)第一节旋转机械故障诊断的基本知识一、旋转机械故障诊断的意义及发展概况1. 旋转机械故障诊断的定义通俗地说，对旋转机械故障的诊断类似于医生给患者治病，医生基于病理需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。
六、诊断实例例1：圆筒瓦油膜振荡故障的诊断某气体压缩机运行期间，状态一直不稳定，大部分时间振值较小，但蒸汽透平时常有短时强振发生，有时透平前后两端测点在一周内发生了20余次振动报警现象，时间长者达半小时，短者仅1min左右。
图1-7是透平1＃轴承的频谱趋势，图1-8、图1-9分别是该测点振值较小时和强振时的时域波形和频谱图。
经现场测试、数据分析，发现透平振动具有如下特点。
图1-7 1*轴承的测点频谱变化趋势图1-8 测点振值较小时的波形与频谱图1-9 测点强振时的波形和频谱(1)正常时，机组各测点振动均以工频成分(143.3Hz）幅值最大，同时存在着丰富的低次谐波成分，并有幅值较小但不稳定的69.8Hz（相当于0.49×）成分存在，时域波形存在单边削顶现象，呈现动静件碰磨的特征。
(2)振动异常时，工频及其他低次谐波的幅值基本保持不变，但透平前后两端测点出现很大的0.49×成分，其幅度大大超过了工频幅值，其能量占到通频能量的75%左右。
(3)分频成分随转速的改变而改变，与转速频率保持0.49×左右的比例关系。
(4)将同一轴承两个方向的振动进行合成，得到提纯轴心轨迹。
正常时，轴心轨迹稳定，强振时，轴心轨迹的重复性明显变差，说明机组在某些随机干扰因素的激励下，运行开始失稳。
(5)随着强振的发生，机组声响明显异常，有时油温也明显升高。
诊断意见：根据现场了解到，压缩机第一临界转速为3362r/min，透平的第一临界转速为8243r/min，根据上述振动特点，判断故障原因为油膜涡动。
根据机组运行情况，建议降低负荷和转速，在加强监测的情况下，维持运行等待检修机会处理。
生产验证：机组一直平稳运行至当年大检修。
检修中将轴瓦形式由原先的圆筒瓦更改为椭圆瓦后，以后运行一直正常。
例2：催化气压机油膜振荡某压缩机组配置为汽轮机十齿轮箱＋压缩机，压缩机技术参数如下：工作转速：7500r/min出口压力：1.OMPa轴功率：1700kW进口流量：220m3 /min 进口压力：0.115MPa转子第一临界转速：2960r/min1986年7月，气压机在运行过程中轴振动突然报警，Bently 7200系列指示仪表打满量程，轴振动值和轴承座振动值明显增大，为确保安全，决定停机检查。
故障诊断的常用图谱5。
1常规图谱（又称稳态图，不含开停车信息）5。
1.1机组总貌图——显示机组总貌,查看探头的位置及位号。
5。
1。
2单值棒图-—显示实时振动值,并可知低报、高报警值及转速.5.1.3多值棒图¬——显示实时通频值及各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。
①通频值——通频值即总振动值，为各频率下振动分量相互迭加后的总和。
②一倍频——又称基频、工频,为转子实际工作转速的频率，f = n /60 [Hz]；转子动不平衡、轴承工作不良、热态对中不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。
③二倍频—-二倍工频，转子热态对中不良、裂纹、松动等都会引起二倍频增大，主要是对中不良.④0。
5倍频——0.5倍工频,油膜失稳会引起该频率段增大，轴承工作不良（如间隙、紧力、接触、摇摆、油档等）也会引起该段频率增大；旋转失速（喘振的先兆）的频率为（0。
4~0.8）倍工频，也有可能.⑤可选频段——用户根据机组的特点，自己定义的频段。
⑥残余量——剩余频率成分振动分量的总和。
该部分振值高时,转子有可能发生摩擦、气流脉动等.正常运转状态下的多值棒图通常是，一倍频最大，二倍频小于一倍频的一半，0.5倍频微量或无，残余量不大.5。
1.4波形图——显示通频振动位移（总振值）与时间(周期)的关系，又称幅值时域图。
在正常的状态下，波形图应为较平滑的正弦波，且重复性好。
a．动不平衡时，在一个周期内为典型的正弦波；b．中不良时,在一个周期内为波峰翻倍,波形光滑、稳定、重复性好;c．摩擦时，波峰多,波形毛糙、不稳定、或有削波;d．自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时，波形杂乱、重复性差、波动性大.5.1.5频谱图——显示了在各振动分量的频率及其振幅值。
横坐标可选择“阶比”或“频率”，一般用阶比。
各种频率所对应的故障可参照前面在多值棒图中的介绍。
正常运转状态下的频频图通常是，一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频 (x)倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。
实验项目（实验名称）轴心轨迹测量实验
实验日期
（年月日）
实验地点（楼和门牌号）同组人(不
含本人）
实验台号（型
号和序号）
实验类型□验证性□综合性□√设计性□研究性□其他（在相应处画“√”）一、预习内容
在回转机械状态监测与诊断中,常利用轴系同一截面上两路相互垂直的振动信号合成轴心轨迹来监测其运行状态和故障类型。
轴心轨迹直观地反映了转子瞬时运动状态,其形状和动态特性包含了丰富的故障征兆信息。
由于它可以直观、形象地表达出设备的运行状况,因而在诊断系统中得到广泛的应用。
几种常见故障的转子轴心轨迹如图1所示。
图1是在理想状况下常见的转子轴心轨迹图,它们分别对应着一种或者几种故障类型。
(a)是椭圆
形图,它代表的是转子不平衡故障;(b)是芭蕉图,它代表的是转子不平衡和转子不对中综合故障;(c)
是八字图,它代表的是转子不对中故障;(d)是内环图,它代表的是油膜涡动故障;(e)是无规则图,它代
表的是油膜振动故障。
二、实验目的
1、了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法，
2、熟悉仪器及软件操作；
3、观察转子台在转动时，转轴所产生的径向振动时域波形图；
4、掌握回转机械轴心轨迹测量方法。
三、实验仪器设备
1、计算机一台
2、DRVI快速可重组虚拟仪器平台一套
3、打印机一台
4、转子实验台一套
5、USB数据采集仪一台
四、实验原理
电涡流传感器采集到转轴的径向振动信号，将信号通过信号电缆送入转子台控制器，转子台控制器对信号调理后，将信号送入动态数据采集分析仪，在数据采集仪内实现模拟信号抗混滤波、A/D转换等步骤，最终转换为上层分析软件可处理的数字信号，最后将数字信号上传到计算机的分析软件，实现用户所需的各种分析功能。
电涡流传感器探头是系统的一个必要组成部分，它是采集、感受被测体信号的重要部分，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。
通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。
线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。
探头头部采用耐高低温、抗腐蚀、高强度和高韧性的进口工程塑料PPS，线圈密封在头部保护罩里，保证线圈长时间不受氧化。
探头壳体用于支撑探头头部，它作为探头安装时的夹装机构，壳体采用不锈钢制成，通常壳体上有标准螺纹，并备有两个紧固螺母。
延伸线用于连接探头头部到前置器，它是耐高温的射频同轴电缆。
探头电缆接头选用进口黄金自锁插头和插座，它接触电阻小，可靠性大大增强。
壳体尾部的出线孔采用圆弧过渡，保证电缆线不在此扭伤。
五、实验方案设计
由固定在传感器支架上水平和垂直（即X-Y）方向的电涡流位移传感器提供位移信号。
它是轴
心相对于轴承座的运动轨迹，反映了转子瞬时的涡动状况。
轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，在忽略轴的圆度误差的情况下，可以将两个电涡流位移传
感器探头安装到实验台中部的传感器支架上，相互成90 度，并调好两个探头到主轴的距离（约
1.6mm），标准是使从前置器输出的信号刚好为0（mV）这时，转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成图就是转子的轴心
运动轨迹。
六、实验操作（实验步骤及实验数据）
1、关闭DRDAQ—USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。
（禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器）
2、开启DRAQ—USB型数据采集仪电源。
3、运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
4、在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“转子实验台”，建立实验环境。
5、开动转子实验台，观察得到的波形。
如果波形不清楚，需要调节电涡流探头与轴之间的距离，直到两个方向的波形稳定，振幅相近为止。
6、可以调节旋钮，看图形的变化。
七、数据处理结果（结论）
上图是利用DRVI快速可重组虚拟仪器实验平台测得的波形图，将上图与本实验设计的界面和测得的波形比较可以发现，测得的X轴信号偏离零线幅度不大，且基本是正负相间，而测得的Y轴信号偏离零线较大距离，且全部在零线下方，这说明在运动过程中，转子轴心Y方向存在系统误差，X轴方向存在系统误差，可能存在不平衡或不对中现象。
当发生不平衡或不对中故障时，轴心轨迹为一稳定的封闭图形，可能是椭圆形，香蕉形，外8字型，或者内8字型。
根据本实验采集信号并分析得出该转子存在一定的不平衡故障。
经过以上分析知道,轴心轨迹形状与故障类型之间存在着一定的对应关系。
也就是知道了转子的轴心轨迹图,就可以判断转子的运行状况。
如果此时的运行状况是不稳定的,那可以判断此时的故障类型,并及时加以调整。
这对防止故障的恶化和排除故障具有指导作用。
八、实验中存在的问题、解决方法及进一步的想法等
问题：⑴实验中只是将轴心轨迹看成纯粹的平面图形,因此在应用中存在一定的局限性。
例如:只能识别封闭轮廓且与图形的像素有关等条件的限制,这使其识别效率无法提高。
⑵可能存在由于机器安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时转子轴线之间产生不平衡或不对中。
解决方法：⑴根据比较傅里叶子、Hu矩几种边界特征描述旋转机械轴心轨迹的特点,提出了数学形态学的形状谱(具有旋转、缩放、平移不变性)作为对旋转机械轴心轨迹的特征描述,然后用神经网络进行分类识别,从而达到轴心轨迹自动识别的目的。
⑵虽然有些干扰因素是不可避免的，但还是要采取一些必要措施进行调整。
动手能力
（实验操作）（20%）解决问题的能
力20%
团队合作
能力10%
实验方案设计（数据准确）成绩
20% 实验分析及数
据处理成绩
20%
报告内容
规范10%
教师评语：
总成绩
指导教师签字：
年月日注：1、此报告格式为参考格式，各栏项目可根据实际情况进行调整；
2、“实验仪器设备”一栏：设计性实验根据实验条件对实验仪器设备提出具体要求。
