§1.1什么是機械故障診斷技術故障：是機械達不到規定和要求功能的狀態，也可稱為失效。故障診斷技術：建立在能量耗散原理基礎之上的。實質上就是一種給機器“看病”的技術。包含“監測”和“

診斷”兩層意思。①監測：對機器的某些特征參數（如振動、噪聲和溫度等）進行測取，將測定值與規定的正常值進行比較，判別機器是否工作正常；若對機器進行定期定期或連續監測，還可獲得機器狀態的趨勢性規律，得到機器剩余壽命估計，實現狀態預測和預報。對機器健康狀況的初級診斷，又稱簡易診斷。②診斷：對機器產生故障的原因、部位、嚴重程度等一一作出判斷，為管理決策提供依據，是對機器健康狀況的精密診斷。精密診斷的目標：對簡易診斷為異常的機器進行專門檢測、分析和判別，最后確定應采取的技術措施。二者關系：狀態監測是基礎，故障診斷是監測基礎上的深入和發展。范疇：屬信息技術理論基礎廣泛：涉及數學、物理、化學、機械技術、電子技術、傳感技術、計算機及數字信號處理技術、統計模式識別技術等多領域四個基本環節：信息采集、分析處理（數據處理）和狀態識別（判斷和預報）和診斷決策1）信號采集將最能表征設備運行狀態的信息，用傳感器轉變為電信號傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號

2）信號處理排除干擾，提取最能反映設備狀態的特征參數的過程最基本方法：時域分析法和頻域分析法。處理方法很多，各種濾波、包絡線分析、混沌、自適應等，可研究空間大3）狀態識別將得到的診斷參數值與檔案庫里的標準值進行比較，按一定判別準則對設備作出正常與否的判斷涉及模式識別、信息融合、人工智能等多領域4）診斷決策根據識別結果，對異常狀態進一步分析，確定故障的原因、部位、程度、類別，根據診斷結果推測發展趨勢，提出處理措施等涉及專家系統、模糊控制、人工智能等多領域§1.2故障種類①按故障發生、發展的快慢分：突發性故障和漸進性故障故障的發生有偶然性，與使用時間長短無關，發生前無可察覺的征兆，發生后狀態急劇惡化須立即排除。

通常不影響設備的使用壽命，如:液壓系統油路堵塞，設備的潤滑油中斷、電氣系統斷路、操作人員失誤等。由設備的技術指標逐漸劣化引起（受磨損、腐蝕、疲勞、老化等影響），發生概率與使用時間有關，可預測。大部分機械故障都屬于漸進性故障

②按故障表現分：功能故障和潛在故障設備喪失了或明顯降低了工作能力，這類故障容易發現，操作者能感受出來，有稱為實際故障與漸進性故障相聯系，故障在功能方面尚未表現出來，但已發展到能鑒別的程度時，稱其為潛在故障，對其進行研究在機械故障診斷中重要價值。

③

按發生原因分：人為故障和自然故障設備在制造或大修時，使用了不合格的零件；運行時不遵守操作規程，或運輸、包管不當，所造成的設備故障。（提高管理水平）設備在使用或保存期間，由于外部和內部各種自然因素的影響而引起的，如正常情況下的磨損、老化、腐蝕等。（有不可抗拒性）§1.3監測與診斷技術種類①按監測信息與診斷對象的關系分：直接診斷根據診斷對象本身的信息變化，直接判斷診斷對象狀態。如根據軸承間隙、齒輪齒面的磨損、軸的疲勞裂紋和變形量，直接判斷它們的狀態。其優點在于診斷可靠性高，缺點為實施受到設備結構和條件的限制，通常需停機，拆卸零部件。間接診斷通過監測運行中的設備的溫度、聲音、振動等二次信息的變化診斷。依據一般是綜合信息，通過可測點的信息來得到不可測點的狀態。缺點在于會發生誤報、漏報現象。如通過監測潤滑油溫度判斷軸承狀態，要排除室溫的影響、油量多少的影響、散熱條件的變化等因素。優點在于可在線實時進行，根據綜合信息提高診斷的可信度，是一個深受重視的研究方向。②按診斷時間分：定期診斷每隔一段時間如一周、一月或數月，對運行中的設備進行一次檢測診斷，也叫巡回檢測診斷。連續診斷采用現代化儀表和計算機信息處理系統對設備的狀態進行連續不斷的監測診斷。二者的選擇取決于設備的關鍵程度和設備性能劣化速度等因素。③按診斷環境分：在線診斷指不離開現場，對運行中的設備用傳感器采集信息后，直接送入分析處理儀器或計算機進行分析處理和診斷。優點：實時性好，不漏報故障。缺點：費用高，不靈活，適于關鍵設備。另外要求在線診斷所用傳感器不應干擾監測對象的正常運行。離線診斷在現場將設備的狀態信號記錄下來，在實驗室或其他合適的地方進行處理和分析。優點：靈活方便，費用少。缺點：不及時，容易漏報故障，一般用于普通設備的常規檢查。

③按診斷方法的完善程度分：簡易診斷(simplediagnosis)對設備有無故障的初步判斷，包括對故障的發展趨勢作出初步估計。一般來說，多使用便攜式儀器，由現場工作人員實施。

精密診斷(precisiondiagnosis）在簡易診斷基礎上進行，除了對設備有無故障及故障的嚴重程度進行校驗外，還對故障的部位、類別、原因和發展趨勢作出準確的判斷與預報。常用儀器分3類：

以監測儀表為主體的監測裝置：如Bently序列、Philips序列等，由傳感器和指示儀表構成，主要用于監測振動。缺點：幅值監測不能動態過程特征；強烈振動前，故障征兆不明顯；儀表無分析功能，靠人工經驗判斷。2.監測儀表配備軟硬件裝置：

由傳感器+頻譜分析儀構成，具有頻譜分析、譜陣圖、波特圖、軸心軌跡圖等功能。缺點：不能自動判斷，診斷依賴于領域專家；不能預防突發性故障；大型設備結構復雜，故障與征兆無一一對應關系，難免誤診斷。3.計算機輔助監測與診斷系統：

由傳感器+接口裝置+計算機（含人工智能技術）組成。可實時監測和自動診斷，是機械工況監測與故障診斷的主要發展領域。（目前無商品供應，但國內外有這種系統的開發與應用）三種層次的監測方法：

常用人工智能技術：專家系統這是一種用計算機程序模擬大腦功能的人工智能系統，是診斷技術的高級形式。需要將故障診斷專家知識和推理方法存入計算機，輸入監測信號后，計算機可模擬專家的工作，對設備狀態作出專家水平的分析、判斷、預測及行營的處理決策。（專家知識的瓶頸）人工神經網絡模擬大腦神經結構建成的網狀系統，是另一種人工智能系統。通過學習，使其具有大腦處理信息的某些特性，對設備狀態能夠根據輸入的監測信息作出適當的分析、判斷并提出響應的處理決策。（學習瓶頸，通常已有故障數據有限）

§1.4

一般設備的故障規律設備故障率：設備工作到t時刻不發生故障，而在下一個單位時間內發生故障的概率叫設備故障率。計算公式：

——設備故障率

——t時刻后單位時間內同類設備中出現的故障數量

N——t時刻設備總數故障率隨時間變化而變化的規律，曲線由3個區段組成，形如浴盆。分磨合期、正常使用期、耗損期高，設計、制造和檢測缺陷造成，在設備大修或改造后，會再次出現低，穩定，近似常數，設備工作最佳時期，故障由隨機因素引起，不可預測，易排除，不影響壽命，設備后期故障率不斷增加，由零部件磨損、疲勞、老化、腐蝕等造成，是設備接近終點的征兆。§1-5故障診斷技術的發展

總體：①第二次世界大戰中，認識到這種技術的重要性；②第二次世界大戰后，因對應技術未發展而發展不快；③60年代后，電子技術、計算機技術發展、1965年FFT方法和對應的數字信號處理和分析技術的發展為設備診斷技術奠定了技術基礎。美國：1967年成立美國機械故障預防小組，在航空、航天、軍事、核能等尖端部門目前處于領先地位。

英國：70年代初成立機器保健與狀態監測協會，在摩擦、磨損、汽車、飛機發動機監測與診斷具有領先地位。瑞典：SPM公司--軸承監測技術，AGEMA公司--紅外熱像技術；丹麥：B&K公司--振動、噪聲監測技術；挪威：船艦診斷技術。日本：70年代起步，在民用工業（鋼鐵、化工、鐵道等）有優勢。中國：1979年第一次辦學習班，80年代初開始，目前在石化、冶金、電力等行業應用較好，在其它領域逐步展開。2.設備維修制度的改革①事后維修制度--POM(PostmortemMaintenance)早期維修制度。特點：不壞不修，應用于小型設備。②預防維修制度--PM（PreventiveMaintenance）又稱以時間為基礎的維修制度TBM（TimeBasedMaintenance）或計劃維修制度。特點：靜態維修制度。當設備到了計劃規定的臺小時，或噸公里進行強制維修，大多數企業仍采用。③預知維修制度--PRM（PredictiveMaintenance）又稱為以狀態為基礎的維修制度CBM(ConditionBasedMaintenance)。特點：以狀態監測為基礎，根據設備運行狀態的實際優劣程度決定維修時間和維修規模，是動態維修制度，是發展方向。類別主要診斷對象診斷技術舉例機械零件滑動軸承、滾動軸承、齒輪振動噪聲監測、電阻法、溫度監測、油液分析傳動系統傳動泵系、高速回轉件、輪軸振動噪聲監測、聲發射技術、模態分析流體機械水泵、泵油缸、閥、空壓機、風機振動噪聲監測、壓力脈沖法、超聲波監測、溫度監測、效率監測動力機械發動機、渦輪機、液壓馬達振動噪聲監測、氣流軌跡分析、效率測定、氣體分析、壓力脈沖法加工機械機床、剪切機、焊接設備振動噪聲監測、負載電流測定、火花檢測法靜態機械壓力容器、結構件、管道系統聲發射技術、X射線探傷、超聲探傷、阻抗法、紅外熱象技術、腐蝕監測電機電器電機、電纜、變壓器振動噪聲監測、電流分析法、絕緣診斷法、整流監測法、氣相分析控制系統電機控制系統、液壓控制系統、檢測系統卡爾曼濾波法、傳遞函數法、系統辨識法、統計控制理論、可變量解析法大型整機大型