常见的机械故障与诊断方法

一、滚动轴承的故障诊断  滚动轴承的失效形式：
   
1)磨损失效。是指各元件相互摩擦或杂质进人产生磨损。
   
2)疲劳失效。是指交变应力或润滑不良造成表面剥落、脱皮。
   
3)断裂失效。是指热处理不良或冲击载荷造成碎珠或轴承套开裂。
   
4)压痕失效。是指装配不当或过载冲击。
   
旋转机械故障的30%是由于轴承失效引起的，所以对轴承振动分析尤其重要。在大量的旋转机械传动中，滚动轴承是主要的传动支承形式之一。
   
1)冲击脉冲法。滚动轴承中的元件在旋转时受到载荷的作用发生脉冲振动。当轴承失效时，脉冲能量增加数十倍甚至上百倍，因此脉冲能量的强弱代表滚动轴承的运行状态。主要的检测仪器是冲击脉冲仪，测量单位为dB．（分贝）。一般判断如下：
 
①0- 20dB-无损伤。
 
②20-35dB-有损伤，工作能力降低；
 
③35-50dB--有可见损伤，处于不良状态需检修。
 
④> 60dB-轴承处于破坏期。
 
2)振动检测法。滚动轴承在滚动状态下，产生的冲击脉冲是一种激振力，这种激振力就会产生振动。检测振动信号比较容易，通过测定振动故障的频率，分析出振动成分，同时计算出滚动轴承各个元件的固有频率，加以比较判断，诊断滚动轴承单个元件的失效形式。
   
二、齿轮的故障诊断数据统计，齿轮失效引起的转动机械故障占10.3%，而齿轮箱的故障在齿轮故障中占60%以上。
   
1)齿轮的常见主要故障：轮齿断裂占41%；齿面划痕占10%；齿面疲劳占31%；齿面磨损占10%；其他占8%。
   
2)齿轮故障诊断方法。齿轮的信号比较复杂，在传递信号过程中经过的环节比较多，如信号由齿轮十轴一轴承十轴承座呻测量点，高频信号在传递过程中大多丧失。齿轮故障诊断要借助于细致的信号分析技术，提取有效故障特征。
   
采用的分析技术有功率频谱诊断法、细化频谱诊断法、倒频谱诊断法。通过计算机分析软件加以分析处理。

三、旋转机械的故障诊断 

旋转机械是机械设备中的主要的类型之一，涵盖的种类非常多。例如：机床、泵类、电机、压缩机、汽轮机、车辆等；由多个机械组成的整套机组，如电动机+齿轮箱+压缩机，电动机+齿轮箱+压缩机+蒸汽轮机+燃气轮机；还有各种自动生产线。

机械设备的大型化、连续化、自控化、高速、苛刻度高，结构复杂等的发展趋势，致使设备的管理难度越来越大，一旦发生停机故障就会造成巨大经济损失，甚至发生安全事故。为了早期发现设备故障，找出故障产生的部位，故障的恶化程度，预报故障的劣化趋势，所以设备的状态监测和故障诊断技术得到迅速发展，应用于工厂生产现场，取得大量的实际经验，伴随着诊断理论的开发，使设备故障诊断工程逐步形成一门新兴学科。
   
状态监测和故障诊断技术的广泛应用，尤其是在线监测网络和计算机专家诊断系统，使故障能够得到早期预报和及时处理，避免了设备的突发性停车，减少企业的经济损失。当然，监测及诊断设备价格昂贵，需要专业技术人才来运行和掌握，还要与电气、机械、自控、生产工艺等专业技术人员共同分析处理，加以综合判断，才能正确地找出故障原因和做出科学的决策。
   
设备故障诊断技术的实施主要包括三个环节：
一是信息的采集；
二是信号的处理和转换；
三是对设备的状态进行识别、判断和预报。
   
1)信号的采集。这是设备故障诊断的基础，故障信号的采集是通过振动传感器来实现。振动传感器是将机械振动量转换为电压信号。传感器的类型和安装，要根据被测机器的特点和监测需要确定。
   
2)信号的确认。机器在运行中，经常会出现报警信号，设备可能产生异常情况，也可能是仪表或检测探头失灵，因此要求对信号通过多种途径进行确认，如对仪器及线路进行检查，用信号对比的方法来确认信号的可信性。
   
3)信号的预处理。其目的在于提高信号的可靠性和数据的精度，其技术核心是提高信号的信噪比，即排除其他设备或部件的振动干扰、电气信号的干扰、噪声干扰及传感器失灵等。
   
4)信号的变换。由传感器拾取的振动信号包含了机器状态的大最信息。但是当振动比较复杂时，振动波形比较杂乱。通过信号处理技术，使其形象直观、清晰和大小分明。信号变换和处理技术根据需要分别按幅值、时间和频率域进行。
   
5)常用的振动信号分析方法
   
①波形分析法。时间波形是最原始的振动信息，波形分析具有简捷和直观的特点，根据明显特征的波形，可对设备故障做出初步判断。
   
②轨迹分析法。旋转轴轴心相对于轴承座的运动轨迹，直观反映了转子瞬时运动状态，在正常情况下，轴心轨迹稳定，每次转动循环的轨迹基本上相互重合。如果轴心轨迹紊乱，形状和大小不断变化，说明转子运行状态不稳定。
   
③轴心位置分析法。轴心在轴承中的位置及偏位角是评判转子平稳性的重要参数。在正常工作状态下，润滑油的油楔压力将转子平稳托起。当轴承间隙过大或轴承严重磨损，轴心位置明显下沉。轴承润滑油的变化，轴承缺陷等故障，偏位角就会发生变化。
   
④频谱分析法。这是设备故障诊断中最常用的方法。频谱分析的目的就是将构成信号的频谱各种成分分解，以便识别产生振动的振源。首先分解频谱的构成，然后找出主振成分并进行分析，做频谱对比以发现异常状态。特别在分析和诊断过程中，不仅要注意各分量的绝对值的大小，还应注意振动的发展变化趋势，因为一些较小的频率成分甚至微弱的频率分量，可能增长很快，表明故障在发展。
   
6)全息分析法。频谱分析法是现场设备故障分析的传统方法，但是故障与谱图并不存在着一一对应的关系。全息谱将被忽略的相位信息充分加以利用，并对两个空间距离相距900的传感器的信号进行集成处理。全息分析法应用于大型机组的故障诊断，效果十分明显。
   
7)机器的起动和停车过程分析。在机器起动和停车的过程中，转子经历了各种转速和变化，其振动信号是转子系统对转速变化的响应，反映出转子动态特性和故障征兆，能获得平时难以得到的信息，所以起停过程分析是检测转子的一项重要工作。

四、常见的振动故障模式 

常见的振动引起的故障主要有以下几种：齿轮故障、齿轮不对中、轴瓦松动、电磁激振、参数激振、摩擦、转子不对中、热弯曲、初始弯曲、部件脱落、原始不平衡、轴瓦不稳定、气流激振、油膜振荡及半速涡动。

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