机械故障诊断学第1章

石家庄铁道大学机械工程学院机械故障诊断与维修课程论文内燃机故障诊断摘要故障诊断：利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测；而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位。

故障检测和故障定位同属网络生存性范畴。

要求把故障定位到实施修理时可更换的产品层次（可更换单位）的过程成为故障隔离。

故障诊断就是指故障检测和故障隔离的过程。

关键词：内燃机智能故障诊断第一章绪论1.1内燃机内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力。

这也是将热能转化为机械能的一种热机。

内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。

但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。

内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。

广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。

活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。

活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。

燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。

1.2故障诊断故障诊断技术的产生和发展为提高设备系统的可靠性和可维修性开辟了一条新的的途径。

状态检测与故障诊断是以可靠性理论、信息论、控制论、和系统论为理论基础，以现代测量仪器和计算机为工具，结合各种诊断对象的特殊规律逐步形成的一门新技术，它是一门综合性技术，涉及传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术以及人工只能专家系统等多门基础科学，是对这些基础理论的综合应用。

设备状态检测与故障诊断是以多学科为依托，自成体系，发展十分迅速，取得了较大的经济和社会效益。

设备状态监测与设备故障诊断技术第一章：绪论第一节：什么是设备诊断技术机械设备状态监测与故障诊断是同一学科的两个不同层次，它们既有联系又有区别，为了方便起见统称为机械设备故障诊断。

机械设备故障诊断是识别机械设备（机器或机组）运行状态的一门综合应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映。

具体来说，就是通过测取设备运行的状态信号，并结合其历史状况对所测取的信号进行处理、分析、提取特征，从而定量诊断（识别）机械设备及其零部件的运行状态（正常、异常、故障），再进一步预测设备未来的运行状态，最终确定需要采取何种必要的措施来保证机械设备取得最优的运行效果。

主要内容包括对机械设备运行状态的监测、诊断（识别）和预测三个方面。

其中，状态监测也被称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数（如：振动、温度、压力等）来检查设备运行状态，再根据特征参数值与门限值之间的关系来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态。

如果对设备进行定期或连续的状态监测，就可以获得设备运行状态变化的趋势和规律，据此就可以预报设备的未来运行发展趋势，也就是人们常说的趋势分析。

诊断（识别）则不仅要掌握设备的运行状态和发展趋势，更重要的是查找产生故障的原因，识别、判断故障的严重程度，为科学检修指明方向，这就是人们常说的精密诊断，设备状态监测与设备故障诊断可以从以下两个方面来理解。

1.设备状态监测以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术。

2.设备故障诊断以分析设备振动主要特征为手段的设备运行故障诊断技术。

设备故障诊断技术是以设备为对象，采用多种现代化科学成果而形成的一门综合性学科。

它涉及了传感器技术、信息采集技术、信息处理技术、识别理论、预报决策、计算机诊断技术及有关机械设备的专业技术与理论。

第二节：故障诊断的目的机械设备故障诊断的根本目的就是要保证设备的安全、可靠和高效、经济地运行，具体来说就是：1．及时、正确、有效地对设备的各种异常状态和故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。

1参考答案教材设备故障诊断沈庆根、郑水英化学工业出版社2006.3第1版2010.6.28 于电子科技大学1 第1章概论1.1 机械设备故障诊断包括哪几个方面的内容答机械设备故障诊断所包含的内容可分为三部分。

第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息即信号采集。

采集到的信号还需要用信号分析系统加以处理去除无用信息提取能反映设备状态的有用信息称为特征信息从这些信息中发现设备各主要部位和零部件的性能是处于良好状态还是故障状态这部分内容称为状态监测它包含了信号采集和信号处理。

第二部分是如果发现设备工作状态不正常或存在故障则需要对能够反映故障状态的特征参数和信息进行识别利用专家的知识和经验像医生诊断疾病那样诊断出设备存在的故障类型、故障部分、故障程度和产生故障的原因这部分内容称为故障诊断。

第三部分称为诊断决策根据诊断结论采取控制、治理和预防措施。

在故障的预防措施中还包括对设备或关键零部件的可靠性分析和剩余寿命估计。

有些机械设备由于结构复杂影响因素众多或者对故障形成的机理了解不够也有从治理措施的有效性来证明诊断结论是否正确。

由此可见设备诊断技术所包含的内容比较广泛诸如设备状态参数力、位移、振动、噪声、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力和流量等的监测状态特征参数变化的辨识机器发生振动和机械损伤时的原因分析故障的控制与防治机械零部件的可靠性分析和剩余寿命估计等都属于设备故障诊断的范畴。

1.2 请简述开展机械设备故障诊断的意义。

答1、可以带来很大的经济效益。

①采用故障诊断技术可以减少突发事故的发生从而避免突发事故造成的损失带来可观的经济效益。

②采用故障诊断技术可以减少维修费用降低维修成本。

2、研究故障诊断技术可以带动和促进其他相关学科的发展。

故障诊断涉及多方面的科学知识诊断工作的深入开展必将推动其他边缘学科的相互交叉、渗透和发展。

2 第2章故障诊断的信号处理方法2.1 信号特征的时域提取方法包括哪些答信号特征的时域提取方法包括平均值、均方根值、有效值、峰值、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、偏度指标或歪度指标、偏斜度指标、峭度指标。

江南大学网络教育第一阶段江南大学练习题答案共三个阶段，这是其中一个阶段，答案在最后。

考试科目:《机械故障诊断》第章至第章（总分100分）__________学习中心（教学点）批次：层次：专业：学号：身份证号：姓名：得分：一单选题 (共10题，总分值20分，下列选项中有且仅有一个选项符合题目要求，请在答题卡上正确填涂。

)1. 设备故障诊断的目的之一是在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长使用寿命，减低设备（）的费用。

（2 分）A. 寿命周期B. 修理周期C. 能耗D. 设备闲置2. 下列哪项不属于设备故障机理范围（）。

（2 分）A. 物理过程B. 化学过程C. 机械过程D. 液压传动过程3. “设备状态监测和故障诊断”来源于仿生学，其技术具有（）。

（2 分）A. 神秘特征B. 复杂性C. 直观性D. 综合性4. 对于振动和噪声的监测方法中不包括下面的（）。

（2 分）A. 振动法B. 特征分析法C. 模态分析法D. 射线探伤法5. 频谱仪是运用（）的原理制成的。

（2 分）A. A .绝对判断标准B. 阿基米德C. 毕达哥拉斯D. 快速傅立叶变换6. 设备状态监测和故障诊断是在（）情况下进行。

（2 分）A. 停机状态B. 完全解剖C. 设备运行中D. 修理过程中7. 设备故障诊断技术在保证设备的安全可靠运行以及获取更大的经济效益和（）上意义是十分明显的。

（2 分）A. 社会效益B. 国家建设C. 人身安全D. 医疗事业8. 设备故障诊断最初的发展阶段是 ( ) 。

（2 分）A. 感性阶段B. 量化阶段C. 诊断阶段D. 人工智能和网络化9. 传统的故障诊断方法不包括（）。

（2 分）A. 振动诊断B. 温度诊断C. 专家系统D. 电参数诊断10. 设备故障诊断具体实施过程不包括（）。

（2 分）A. 信息采集B. 信号处理C. 状态识别D. 猜测二名词解释题 (共2题，总分值12分 )11. 时序分析（6 分）12. 机械故障（6 分）三填空题 (共9题，总分值18分 )13. 设备故障诊断是指在设备运行中或在基本__________的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定_________________，并预测、预报设备未来的状态，从而找出对策的一门技术。

机械故障诊断考试--题库〔局部内容可变为填空题〕第一章：1、试分析一般机械设备的劣化进程。

答：1〕早期故障期阶段特点：开始故障率高，随着运转时间的增加，故障率很快减小，且恒定。

早期故障率高的原因在于：设计疏忽，制造、安装的缺陷，操作使用过失。

2〕偶发故障期阶段特点：故障率恒定且最低，为产品的最正确工作期。

故障原因：主要是使用不当、操作失误或其它意外原因。

3〕耗损故障期阶段特点：故障率再度快速上升。

故障原因：零件的正常磨损、化学腐蚀、物理性质变化以及材料的疲劳等老化过程。

2、根据机械故障诊断测试手段的不同，机械故障诊断的方法有哪些？答：1′直接观察法－传统的直接观察法如“听、摸、看、闻〞是最早的诊断方法，并一直沿用到现在，在一些情况下仍然十分有效。

2′振动噪声测定法－机械设备在动态下(包括正常和异常状态)都会产生振动和噪声。

进一步的研究还说明，振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。

3′无损检验－无损检验是一种从材料和产品的无损检验技术中开展起来的方法4′磨损剩余物测定法〔污染诊断法5′机器性能参数测定法－机器的性能参数主要包括显示机器主要功能的一些数据3、设备维修制度有哪几种？试对各种制度进行简要说明。

答：1º事后维修特点是“不坏不修，坏了才修〞，现仍用于大批量的非重要设备。

2º预防维修〔定期维修〕在规定时间根底上执行的周期性维修3º预知维修在状态监测的根底上，根据设备运行实际劣化的程度决定维修时间和规模。

预知维修既防止了“过剩维修〞，又防止了“维修缺乏〞；既减少了材料消耗和维修工作量，又防止了因修理不当而引起的人为故障，从而保证了设备的可靠性和使用有效性。

第二章：1、什么是故障机理？答：机械故障的内因，即导致故障的物理、化学或机械过程，称为故障机理。

2、什么是机械的可靠性？机械可靠性的数量指标有哪两个？他们之间互为什么关系？答：1 机械的可靠性是指机械产品在规定条件下，在规定时间内，无故障地完成其规定功能的能力。

研究生课程教学大纲课程编号：S292011课程名称：机械故障诊断学开课院系：机电工程学院任课教师：刘文艺先修课程：机械工程测试技术，信号处理适用学科范围：机械工程学时：36 学分：2开课学期：2 开课形式：讲授课程目的和基本要求：本课程的授课对象是机械设计制造及其自动化专业硕士研究生，属机械类专业的专业选修课。

开设本课程的目的是研究以振动、噪声测量为基础、以信号处理和分析为手段的机械设备状态监测、故障诊断和故障预测的理论、方法以及技术。

该课程研究的内容为机械系统动态信号处理与分析及以上内容在典型机械零部件运行过程中的状态分析与识别。

在本课程中，培养学生利用所学知识正确分析与判断典型机械零部件运行过程中的状态的技能，并了解掌握故障诊断知识的更新及发展动向。

课程主要内容：本课程主要介绍机械故障诊断的基础理论和工程应用，阐述机械动态信号数学变换的本质、物理意义和工程背景。

内容包括信号的时域分析、频域分析、时频域分析，基于小波变换和第二代小波变换、模型以及动力学机理的故障诊断方法，故障微弱信号的随机共振、循环平稳理论以及盲源分离诊断技术，智能诊断与状态评估、典型故障诊断系统、远程监测诊断系统以及故障诊断标准(振动与噪声)等。

通过课程的学习，旨在使学生理解和掌握机械监测诊断领域的基础理论和方法及系统深入的专门知识，提高独立解决工程实际中设备运行维护与维修问题的能力，培养学生的科研创新能力。

课程主要内容如下：第1章绪论机械故障诊断的课程概述、机械故障诊断的意义、机械故障诊断的国内外研究现状、基础和关键科学问题及发展趋势分析。

第2章特征信号检测信号分析基础、数据采集与数字信号处理、工程信号分析基础、信号处理方法。

第3章动态系统特性的时域分析随机过程的基本概念及其数字特征，线性时间序列模型分析及其应用，工况状态变化趋势性模型分析，时间序列的预报信号的典型时域分析方法如时域统计分析、相关分析知识介绍。

第4章动态系统特性的频谱分析周期信号的傅里叶级数及频谱，非周期信号的傅里叶变换原理，傅里叶变换的周期性与离散性，频谱分析和FFT算法、相干分析、频谱细化分析、倒频谱分析、信号调制与解调分析、全息谱理论和方法介绍。