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1、北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 2009.9機(jī)械故障診斷技術(shù)目錄第一章緒論第二章機(jī)械振動及信號斷裂部位三峽塔帶機(jī)斷裂事故2000年9月3日傍晚，三峽工程工地，三峽大壩泄洪七號壩段的三號塔帶機(jī)內(nèi)外皮帶機(jī)與塔身連接處一吊耳根部突然斷裂，導(dǎo)致正在上面作業(yè)的三十名工人墜落，造成了地面施工人員在內(nèi)的三人死亡，三十一人不同程度受傷。塔帶機(jī)，為美國羅泰克產(chǎn)品，每臺價值約一億元人民幣。設(shè)備診斷的意義（Why）設(shè)備診斷的意義（Why）故障（事故）：某鋼廠高爐爐頂傳動齒輪箱旋轉(zhuǎn)電流升高，噪聲異常（故障早期）。當(dāng)晚20時，傳動齒輪箱已根本無法運(yùn)行（晚期）。診斷原因：箱體內(nèi)部的大型回轉(zhuǎn)支承軸承被壓潰
2、。損失：高爐停產(chǎn)5天，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5000萬以上。設(shè)備診斷的意義（Why）故障（事故）：某鋼廠3#轉(zhuǎn)爐北側(cè)二次輸入軸減速機(jī)鼓型齒接手齒全部打光，轉(zhuǎn)爐失去控制，鋼水溢出造成兩臺渣罐車和部分鋼軌燒損。診斷原因：聯(lián)軸器有多處損壞（掉牙、裂紋等），且3#轉(zhuǎn)爐大齒輪已壓潰。損失：直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)7000萬以上。故障診斷的基礎(chǔ)是建立在能量耗散原理上的。所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過程中的附加能量損耗愈小。例如機(jī)械設(shè)備，其傳遞的能量是以力、速度兩個主要物理參數(shù)來表征，附加能量損耗主要通過溫度及振動參數(shù)表現(xiàn)。隨著設(shè)備劣化程度加大，附加能量損耗也增大。
3、因此，監(jiān)測附加能量損耗的變化，可以了解設(shè)備劣化程度。按振動頻率分類低頻振動：f<5Hz中頻振動：f=5～1000Hz高頻振動：f>1000Hz機(jī)械振動（按頻率分類）振動信號的描述構(gòu)成一個確定性振動有3個基本要素，即振幅s，頻率f（或ω）和相位φ。即使在非確定性振動中，有時也包含有確定性振動。振幅、頻率、相位，這是振動診斷中經(jīng)常用到的三個最基本的概念。簡諧振動可以用下面函數(shù)式表示：簡單周期信號T事物在運(yùn)動變化的發(fā)展過程中某些事物多次重復(fù)出現(xiàn),其連續(xù)兩次重復(fù)出現(xiàn)的時間叫做周期,用T表示.典型故障信號——滾動軸承正常軸承振動信號軸承外圈點(diǎn)蝕振動信號T外圈點(diǎn)蝕軸承，在時域圖
4、中出現(xiàn)周期性故障，其時間間隔（周期）T=0.014s。時域波形（案例67）T可以看出：時域波形中有周期性沖擊信號，沖擊間隔（周期）T=0.089s。開箱檢查發(fā)現(xiàn)，I軸齒輪打齒。自相關(guān)周期：T=0.016s頻率：f=1/T=1/0.016=62.5HzT相關(guān)分析又稱為時延域分析，用于描述信號在不同時刻的相互依賴關(guān)系。自相關(guān)分析：描述的是同一信號中不同時刻的相互依賴關(guān)系。某齒輪箱故障自相關(guān)圖分析(案例79)自相關(guān)圖中，有明顯的等時間間隔（周期）T=0.059s，對應(yīng)故障頻率為f=1/T≈16.949Hz，與軸轉(zhuǎn)頻（17.615Hz）基本吻合，說明齒輪箱該軸連接的零部件可
5、能有故障隱患。T軸承點(diǎn)蝕照片物理學(xué)上的頻率f：振動物體（或質(zhì)點(diǎn)）每秒鐘振動的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz。振動頻率在數(shù)值上等于周期T的倒數(shù)，即：頻率心臟跳動頻率人正常心跳范圍在60-100次/分鐘。 如果一個人的心臟跳動次數(shù)為72次/分鐘， 頻率為f=72/60=1.2Hz周期為T=60/72=1/1.2≈0.833s滾動軸承的特征頻率1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1：2)保持架旋轉(zhuǎn)頻率?2：3）滾動體自轉(zhuǎn)頻率?3：4）保持架通過內(nèi)圈頻率?4：5）滾動體通過內(nèi)圈頻率?5：6）滾動體通過外圈頻率?6：Hz向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖頻譜圖（案例69）I軸軸承外圈點(diǎn)蝕照片錐箱I軸轉(zhuǎn)
6、頻==（64.697）Hz幅值較為突出，幅值為11.796m/s2，并伴有2、3、4、5、6倍頻成分。說明齒輪箱I軸連接的零部件可能有故障隱患。在觀察頻譜圖，作故障診斷分析時，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：首先注意那些幅值比過去有顯著變化的譜線，它的頻率對應(yīng)哪一個部件的特征頻率。觀察那些幅值較大的譜線，它們是機(jī)械設(shè)備振動的主要因素，這些譜線的頻率所對應(yīng)的運(yùn)動零部件。注意與轉(zhuǎn)頻有固定比值關(guān)系的譜線，它們是與機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)的狀態(tài)信息。它們之中是否存在與過去相比發(fā)生了變化的譜線。概率密度概率密度的概念是:某種事物發(fā)生的概率占總概率的比例,越大就說明密度越大.比方:現(xiàn)在在一個盒子里面有
7、100個球,50個藍(lán)色的，30個紅色的，15個綠色的，5個黃色的。你隨便在里面拿出一個球,出現(xiàn)藍(lán)色球的概率是50/100,出現(xiàn)紅色球的概率是30/100,出現(xiàn)綠色球的概率是15/100，出現(xiàn)黃色球的概率是5/100.不難發(fā)現(xiàn):出現(xiàn)藍(lán)色球的概率最大,也就是說它的概率密度大,出現(xiàn)黃色球概率最小,也就是說它的概率密度小.概率密度圖（案例78）可以看出：該測點(diǎn)2008年10月9日5:00的概率密度曲線與標(biāo)準(zhǔn)的概率密度正態(tài)分布基本相近，說明10月上旬軋機(jī)運(yùn)行基本正常。粗軋3#軋機(jī)輸出端a6測點(diǎn)2008年10月31日10:00的概率密度曲線與標(biāo)準(zhǔn)的概率密度正態(tài)分布差距甚遠(yuǎn)，
