机械故障诊断与维修复习资料.docx
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机械故障诊断与维修复习资料
题型
名词解释(5⨯3 分)、选择题(10⨯2 分)、填空题(15⨯1 分)、简答题(5⨯6 分)、
论述(2⨯10 分)
机械故障诊断与维修总结
第一章绪论
1. 基本概念
(1)机械故障:
机械设备丧失工作效能,或指设备丧失所要求的规定性能或状
态,即机械设备的各项技术指标偏离正常状态。
(2)机械故障诊断:
根据机械设备运行过程中的状态信息,对机械设备出现故
障的机理、原因、部位和故障程度进行识别和诊断,并根据诊断结论,确定设
备的维修方案和防范措施。
(3)状态监测:
通过监视和测量设备或部件运行状态信息和特征参数(例如振
动、温度、压力等),并以此来判断设备运行状态是否正常,一旦出现异常可以
报警或跳闸停车。
2.设备的寿命曲线(浴盆曲线)
3. 机械故障诊断的意义
(1)预防事故,保证人身和设备安全
(2)产生巨大的经济效益
(3)推动设备维修制度的改革
(4)带动和促进其它相关学科的发展
4. 常用状态监测诊断技术的方法
振动信号监测振动技术、声信号监测诊断技术、温度信号监测诊断技术、润滑
油分析诊断技术、声信号监测诊断技术、其它无损检测技术(超声波检测技术、
射线照相检测技术、表面缺陷的检测技术)
5. 常用故障识别的技术与方法
信息比较诊断法、参数变化诊断法、模拟试验诊断法、函数诊断法、故障树分
析诊断法、模糊诊断法、神经网络诊断法、专家系统诊断法、支持向量机诊断
法、生物智能计算诊断法、小波分析法、盲源分离、
6.故障诊断技术的发展趋势
(1)不解体检测的研究:
其方向是开发可预埋在设备内部的传感器。
(2)高精度化:
在信号处理方面,指提高信号分析的信噪比,提高特征信息的
提取能力。
(3)智能化:
开发诊断型专家系统,使数据处理、分析、故障识别自动完成,
以减轻诊断的工作量,并提高诊断速度及正确性。
(4)网络化:
利用各种通讯手段将多个故障诊断系统联系起来,实现资源共享,
提高诊断的质量和精度,实现远程故障诊断。
7. 影响故障诊断成功率的因素
(1)是否有足够的有用信息,即需要对设备现场的工艺参数、运行状态以及机
械零部件的安装数据等多方面作深入的、详细的调查研究。
(2)是否具备多方面的诊断知识,即要对机械设备的工作原理、结构特点、各
零部件工作过程中的结构动力学、转子动力学以及流体力学等方面的知识有所
了解和认识。
第二章 机械故障诊断的基本原理
1. 基本概念:
故障机理:
引起机械设备故障的物理、化学变化等内在的原因、规律及其原理。
2. 几种基本的故障机理:
(1)磨损机理:
粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损
粘着磨损:
接触表面局部发生粘着,在相对运动时粘着处分开,使接触表面的
材料从一个表面转移到另一个表面,并经过多次反复而发生破坏的现象。
常见
于机械性能接近的两种材料之间的磨损。
磨粒磨损:
接触面之间存在硬质粒子,或摩擦一方的硬度比另一方大得多时产
生的类似金属切削过程的磨损。
表面疲劳磨损:
两接触面作滚动摩擦或滚动、滑动复合摩擦时,在交变接触应
力的作用下,使材料表面疲劳而产生物质损失的现象。
腐蚀磨损:
在摩擦过程中,金属同时与周围介质发生化学、电化学反应,引起
金属表面的腐蚀产物剥落的现象。
(2)变形机理:
机件在外力作用下,产生形状或尺寸变化的现象称为变形。
(3)断裂机理:
机件分成两个或几个部分的现象,断裂使机件完全丧失工作能
力,是最危险的故障类型。
(4)裂纹机理:
金属的局部断裂称裂纹。
断裂的发展过程可归纳为裂纹的产生、
裂纹的扩展以及最终断裂三个阶段。
(5)腐蚀机理
包括化学腐蚀机理与电化学腐蚀机理。
1)有化学腐蚀机理:
单纯由化学作用而引起的腐蚀叫化学腐蚀
2)电化学腐蚀机理:
当金属接触电解质溶液时,其腐蚀过程为电化学过程,这
种腐蚀过程称为电化学腐蚀,即在化学反应过程中产生了电流作用。
3.机械设备故障分类
(1)按故障发生的原因分:
先天性故障、磨损性故障、错用性故障
(2)按故障的形成速度分:
突发性故障、渐发性故障
(3)按故障持续时间分:
临时性故障、持久性故障
(4)按故障性质分:
功能故障、参数故障
(5)按故障危害分:
灾难性故障、一般性故障
(6)按故障存在形式分:
实际故障、潜在故障
(7)按故障发生的范围分:
部分性故障、完全性故障
(8)按故障发生的频率分:
偶发性故障、多发性故障
4.机械故障诊断分类
(1)按故障诊断目的分:
功能诊断、运行诊断
(2)按故障诊断方式分:
在线监测、巡回检测
(3)按提取信息的方式分:
直接诊断、间接诊断
(4)按诊断时所要求的机械运行工况条件分:
常规工况诊断、特殊工况诊断
(5)按功能分:
简易诊断、精密诊断
5. 故障诊断的内容与基本环节
(1)信号采集
(2)特征提取
(3)故障识别
(4)诊断决策
第三章 机械故障的信号分析与处理技术
1.基本概念
(1)信号:
信号是传递信息的载体。
测量信号是对系统的某物理量,如位移、
速度、加速度、应力、应变等进行观测获得的数据
(2)时域分析:
对所测得的时域信号直接实行各种运算且运算结果仍然属于时
域范畴,则这样的分析运算即为时域分析。
(3)相关分析:
又称时延域分析,用于描述信号在不同时刻的相互依赖关系,
是提取信号中周期成分的常用手段,在相关测速和相关定位以及传递路径识别
中均有应用。
(4)自相关分析:
描述同一信号中不同时刻的相互依赖关系。
(5)互相关分析:
描述两个不同信号不同时刻的相互依赖关系。
(6)频域分析:
把以时间为横坐标的时域信号通过傅里叶变换分解为以频率为
横坐标的频域信号,从而求得关于原始信号频率成分的幅值和相位信息的一种
分析方法。
(7)时域平均方法:
从混有噪声干扰的信号中提取周期性信号的过程,又称相
干检波(Coherent detection)。
2. 信号分类
(1)根据信号描述形式分
确定性信号、非确定性信号
周期性信号、非周期性信号
平稳随机信号
(2)根据信号的幅值和能量分
能量信号、功率信号
(3)根据信号连续性分
连续信号、离散信号、模拟信号、数字信号
(4)根据信号的特性分
静态信号、动态信号
3. 周期信号的频谱特性
离散性、谐波性、收敛性
4. 非周期信号的频谱特性
其频谱是连续的,由无限多个、频率无限接近的频率成分所组成。
谱线幅值在
各频率上趋于无穷小。
第四章 机械故障的振动诊断技术
1. 基本概念
(1)振动诊断:
以机械系统在某种激励下的振动响应作为诊断信息的来源,通
过对所测得的振动参量(振动位移、速度、加速度)进行各种分析处理,并以
此为基础,借助一定的识别策略,对机械设备的运行状态作出判断,进而识别
机械的故障部位、故障程度、以及故障原因等。
(2)机械振动:
由于受外界条件的影响,机械系统将会围绕其平衡位置作往复
运动,是一种特殊的运动形式。
2. 机械振动的分类
(1)按对系统的输入不同分类
自由振动、强迫振动、自激振动
(2)按对系统的输出特性分类
随机振动
简谐振动
振动
周期振动
非简谐周期振动
确定性振动
准周期振动
非周期振动
瞬态振动
(3)按系统的自由度分类
单自由度系统的振动、多自由度系统的振动、弹性振动
(4)按描述系统的微分方程分类
线性振动、非线性振动
(5)按位移振动特征分类
直线振动、扭转振动
(6)按振动频率范围分
低频振动、中频振动、高频振动
3. 测振传感器分类
根据所测振动参量和频响范围的不同,测振传感器分为三大类 :
振动位移传感
器、振动速度传感器、振动加速度传感器。
4.电涡流传感器基本工作原理:
利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应,将
形变、位移与压力等物理参量的改变转化为阻抗、电感等电磁参量的变化。
5. 振动传感器的选用原则及需要考虑的问题
在实际测试中,选用振动传感器应本着可用和优化的原则。
可用:
就是要使所选的传感器满足最基本的测试要求;
优化:
就是在满足基本测试要求的前提下,尽量降低传感器的费用,即取得最
佳的性能价格比。
需要考虑的问题:
(1)测量范围
测量范围又称量程,必须保证不超过传感器的测量量程。
(2)频响范围
振动参量的最显著特性就是其频率构成特性,即一个机械振动信号往往是由许
多频率不同的信号叠加而成。
传感器的频响特性要好,也就是要求其幅频特性的水平范围尽可能宽,频率下
限尽可能低,频率上限尽可能高。
(3)灵敏度
一般而言,总是希望传感器的灵敏度尽量高,以便检测微小信号。
要求传感器
的信噪比(S/N)要高,有效地抑制噪声信号。
(4)精度
(5)稳定性:
时间稳定性和环境稳定性
此外,传感器的工作方式、外形尺寸、重量等也是需要考虑的因素。
6.数据采集的过程:
采样、量化、编码
7. 振动诊断的基础工作
(1)确定诊断对象
(2) 选定测量参数:
位移、速度和加速度
(3)选择监测点:
测量点选择的正确与否,关系到能否对设备故障作出正确
的诊断,能否对设备振动状态作出全面的描述;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。
(4) 确定测量周期
1)定期检测; 2)随机点检 ; 3)长期监测
(5) 确定判断标准
第五章 机械故障诊断的无损监测技术
1.基本概念:
(1)无损检测:
在不破坏或不改变被检物体(形状、结构、技术状态及使用性
能)的前提下,利用声、光、电、磁等方法,检测物体内部或表面有无缺陷以
及缺陷的类型、大小、位置等的技术手段的总称。
(2)声发射:
金属材料由于内部晶格的位错,晶界滑移,或者由于内部裂纹的
发生和扩展,均要以弹性波的形式释放出应变能,这种现象称为声发射。
2.列举五种常规方法:
超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测;
3.超声波检测基本原理
用发射探头向被检物内部发射频率很高的超声波,用接收探头接收从缺陷处反
射回来(反射法)或穿过被检工件后(穿透法)的超声波,并将其显示在仪器
仪表上,通过观察与分析反射波或透射波的时延与衰减情况,即可获得物体内
部是否有缺陷以及缺陷的位置、大小及其性质等方面的信息。
4. 超声波特性
指向性好、穿透能力强、在界面处发生反射、折射和波型转换
5. 超声波的分类方法
(1)按质点振动方向分:
纵波、横波、表面波以及板波
(2)按振动持续时间的长短分:
连续波、脉冲波
6. 超声波的传播特性:
叠加、干涉、衍射
7. 定量计算法:
采用衰减系数表示超声波在介质中的衰减程度。
8.超声波探头功能:
将电能转换为超声能(发射探头)和将超声能转换为电能
(接收探头)。
9. 测温方法分类:
接触式温度监测与非接触测温
热电偶法测温
接触式测温法
热电阻法测温
温度监测法
亮温仪测温
非接触式测温法
(辐射测温法)
辐射温度计测温
比色温度计测温
10. 红外测温的特点(4 点)
(1)非接触式测量
便于远距离、高速运动或带电的目标温度测量,而且不影响被测目标的温度分
布。
(2)反应速度快
辐射是次光速传播的,红外测温取决于测温仪表的响应时间。
一般比依靠热平
衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上,可用于实时显示 。
(3)灵敏度高
只要目标有微小的温度差就能分辨出来,一般红外测温仪都具有 0.1℃的温度分
辨率和毫米级的空间分辨率。
(4)测温范围广
根据不同要求,可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千度的温度测量。
11. 光谱分析技术分类:
原子发射光谱、原子吸收光谱
12. 铁谱分析:
利用铁谱仪从润滑油(脂)试样中,分离和检测出磨屑和碎屑,
从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损程度和磨损部位的技术。
13.铁谱定性和定量分析
(1)定性分析:
指用光学仪器(如铁谱显微镜、电子显微镜)对铁谱基片上的
磨粒进行观测,分析磨粒的形态、种类、大小以及材质,从而判断机器磨损部
位、磨损形式以及磨损程度的技术。
铁谱定性分析的主要工作为磨粒的观测和
磨粒的识别。
(2)定量分析:
主要是根据磨粒覆盖面积,确定大小磨粒的相对含量,从而对
零件磨损程度进行定量的判断。
14. 磁粉检测的基本步骤
预处理 → 磁化→ 施加磁粉→ 观察→ 记录→后处理
第六章旋转机械的故障诊断
1. 基本概念
(1)转子不平衡:
设计错误、材料质量、加工、装配以及运行多因素影响,转
子质心与旋转中心之间存在一定的偏心距, 转子工作时周期性受离心力干扰,
轴承产生动载荷引起机器振动。
(2)转子不对中:
转子连接对中超标,或轴颈位置不良,轴承缺良好油膜和适
当负荷等引发机器振动或联轴节、轴承损坏。
(3)油膜振荡:
轴颈涡动运动与转子自振频率吻合时发生大幅度共振现象,振
幅突升,
(4)局部油膜破裂,轴颈轴瓦摩擦。
同时产生强烈吼叫声,严重损坏轴承和转
子。
(5)阻尼:
使自由振动衰减的各种摩擦和其它阻碍作用。
主要包括介质黏性、
轴承油膜黏性、滑动面间摩擦、轴材料内摩擦阻尼 、转子轴承系变形以及能耗
结构阻尼等。
第七章 机械设备的维护与修复
1. 基本概念
(1)设备的维护:
操作工人为了保持设备的正常技术状态,延长使用寿命所必
须进行的日常工作。
(2)设备维护保养:
通过擦拭、清扫、润滑、调整等一般方法对设备进行护理,
以保持设备的性能和技术状况,称为设备维护保养。
(3)设备的区域维护:
又称维修工包机制,维修工人承担一定生产区域内的设
备维修工作,与生产操作工人共同做好日常维护、巡回检查、定期维护、计划
修理及故障排除等工作,并负责完成管区内的设备完好率、故障停机率等考核
指标。
(4)设备大修:
将设备全部或大部分解体,修复基础件,更换或修复机械零件、
电器零件,调整修理电气系统,整机装配和调试,以达到全面清除大修理前存
在的缺陷,恢复规定的性能与精度。
2. 设备维护保养的要求
清洁、整齐、润滑良好、安全
3. 设备的维护保养内容
日常维护、定期维护、定期检查以及精度检查
4.设备日保养内容与要求
(1)班前四件事:
消化图样资料,检查交接班记录;擦拭设备,按规定润滑加
油;检查手柄位置和手动运转部位是否正确、灵活,安全装置是否可靠;低速
运转检查传动是否正常,润滑、冷却是否畅通。
(2)班中五注意:
注意设备运转的声音、温度、压力、仪表信号、安全保险等
是否正常。
(3)班后四件事:
关闭开关,所有手柄置零位;擦净设备各部分,并加油;清
扫工作场地,整理附件、工具;填写交接班记录,办理交接班手续。
5. 设备的三级保养制
日常维护保养、一级保养以及二级保养
(1)一级保养:
以操作工人为主,维修工人协助,按计划对设备局部拆卸和检
查,清洗规定的部位,疏通油路、管道,更换清洗油线、毛毡、滤油器,调整
设备各部位的配合间隙,紧固设备各个部位。
(2)二级保养:
以维修工人为主,操作工人协助完成。
二级保养列入设备的检
修计划,对设备进行部分解体检查和修理,更换修复磨损件,清洗、换油、检
查修理电气部分,使设备的技术状况全面达到设备完好标准的要求。
6. 精、大、稀设备的使用维护“四定”要求
(1)定使用人员:
按定人定机制度,精、大、稀设备操作工人应选择本工种中
责任心强、技术水平高和实践经验丰富者,并尽可能保持较长时间的相对稳定。
(2)定检修人员:
精、大、稀设备较多的企业,根据本企业条件,可组织精、
大、稀设备专业维修组,专门负责对精、大、稀设备的检查、精度调整、维护、
修理。
(3)定操作规程:
精、大、稀设备应分机型逐台编制操作规程,并严格执行。
(4)定备品配件:
根据各种精、大、稀设备在企业生产中的作用及备件来源情
况,确定储备定额,并优先解决。
7. 提高设备维护水平的措施
为提高设备维护水平,应使维护工作基本做到三化,即规范化、工艺化以及制
度化。
(1)规范化:
维护内容统一,哪些部位该清洗、哪些零件该调整、哪些装置该
检查,要根据各企业情况按客观规律加以统一考虑和规定。
(2)工艺化:
根据不同设备制订相应的维护工艺规程,按规程进行维护。
(3)制度化:
根据不同设备、不同工作条件,制定不同维护周期和维护时间,
并严格执行。
8. 常用的零件修复方法
(1)钳工修复法:
绞孔、研磨、刮研、钳工修补等
(2)机械修复法:
局部更换法、换位法、镶补法、金属扣合法、修理尺寸法、
塑性变形法
(3)焊修法:
焊补、堆焊、钎焊
(4)电镀法:
镀铬、镀铁、电刷镀
(5)喷涂法(6)粘修法(7)熔敷法
(8)其它修复法:
电接触焊、电脉冲接触焊、铝热焊、复合电镀、爆炸法粉末
涂层、强化加工
6. 设备大修的主要内容:
① 对设备的全部或大部分部件解体检查;
② 编制大修理技术文件,并作好备件、材料,工具、技术资料等各方面准备;
③ 修复基础件;
④ 更换或修复零件;
⑤ 修理电气系统;
⑥ 更换或修复附件;
⑦ 整机装配,并调试达到大修理质量标准;
⑧ 翻新外观;
⑨ 整机验收。
7. 修前准备工作程序
主要包括:
修前技术准备、生产准备
8. 修前技术准备工作内容
(1)主要有:
修前预检、修前资料准备和修前工艺准备。
(2)修前预检:
对设备进行全面的检查,是修前准备工作的关键。
其目的是要
掌握修理设备的技术状态(如精度、性能、缺损件等),查出有毛病的部位,以
便制定经济合理的修理计划,并做好各项修前准备工作。
预检的时间不宜过早,
否则将使查得的更换件不准确、不全面,造成修理工艺编制得不准确。
(3)修前资料准备:
预检结束后,主修技术员须准备更换零部件图样,结构装
配图,传动系统图,液压、电器、润滑系统图,外购件和标准件明细表以及其
它技术文件等。
(4)修前工艺准备:
资料准备工作完成后,就需着手编制零件制造和设备修理
的工艺规程,并设计必要的工艺装备等。
9. 修前生产准备工作内容:
材料及备件准备,专用工、检具的准备,以及修理作业计划的编制。
(1)材料及备件的准备
根据年度修理计划,企业设备管理部门编制年度材料计划,提交企业材料供应
部门采购。
主修技术人员编的“设备修理材料明细表”是领用材料的依据,库存
材料不足时应临时采购。
(2)专用工、检具的准备
专用工、检具的生产必须列入生产计划,根据修理日期分别组织生产,验收合
格入库编号后进行管理。
通常工、检具应以外购为主。
(3)设备停修前的准备工作
以上生产准备工作基本就绪后,要具体落实停修日期。
修前对设备主要精度项
目进行必要的检查和记录,以确定主要基础件(如导轨、立柱、主轴等)的修
理方案。
切断电源及其它动力管线,放出切削液和润滑油,清理作业现场,办理交接手
续。
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