机械故障诊断及典型案例解析

第1章绪论001

1.1机械故障诊断技术的定义 / 001

1.2机械设备故障诊断的研究内容 / 002

1.3机械设备故障诊断方法的分类 / 003

1.4机械设备故障诊断技术的发展趋势 / 005

第2章机械故障诊断的振动力学基础006

2.1机械振动的概念及分类 / 006

2.1.1机械振动的基本概念 / 006

2.1.2机械振动的分类 / 006

2.1.3机械振动的描述 / 007

2.2机械系统振动的动力学基础 / 011

2.2.1无阻尼自由振动 / 011

2.2.2有阻尼自由衰减振动 / 012

2.2.3简谐受迫振动 / 013

2.2.4单自由度系统振动理论的应用 / 016

2.3机械振动测量与分析诊断系统简介 / 017

2.4机械振动故障信号测取传感器 / 018

2.4.1电涡流位移传感器 / 018

2.4.2速度传感器 / 019

2.4.3加速度传感器 / 020

2.5振动传感器的选择与安装 / 022

2.5.1传感器的选择原则 / 022

2.5.2传感器的安装方式 / 022

第3章机械故障信号的幅域与时域分析 025

3.1随机信号的幅值概率密度函数 / 025

3.2信号幅域分析 / 027

3.2.1有量纲幅域参数 / 027

3.2.2无量纲幅域参数 / 028

3.3信号的相关分析 / 031

3.3.1自相关函数 / 031

3.3.2互相关函数 / 034

3.3.3相关分析的应用 / 035

第4章 故障诊断信号的频域分析方法038

4.1傅里叶级数和傅里叶积分 / 038

4.1.1傅里叶级数 / 038

4.1.2傅里叶积分 / 040

4.2傅里叶变换的基本性质 / 042

4.3典型信号的傅里叶变换 / 044

4.3.1单位脉冲信号（δ函数） / 044

4.3.2周期单位脉冲函数（梳状δ函数） / 047

4.4信号的采样 / 048

4.4.1连续信号的采样 / 048

4.4.2采样定理 / 049

4.4.3采样点数与频率分辨率 / 051

4.5离散傅里叶变换（DFT） / 051

4.5.1DFT的理论公式 / 052

4.5.2DFT计算过程的图解说明 / 052

4.6快速傅里叶变换（FFT） / 054

4.6.1直接DFT计算的缺点 / 054

4.6.2快速傅里叶变换（FFT）的方法 / 055

4.7提高频谱分析精度的方法 / 058

4.7.1整周期采样方法 / 058

4.7.2窗函数法 / 059

4.8傅里叶频谱信息的表示方法 / 061

4.8.1确定性信号的傅里叶谱 / 061

4.8.2随机信号的功率谱 / 062

4.9机械故障信息的其他表示方法 / 065

第5章故障诊断信号处理的特殊方法069

5.1时域平均方法 / 069

5.2倒谱技术 / 071

5.2.1倒谱的分类 / 072

5.2.2倒谱分析法应用 / 072

5.2.3倒谱分析法的MATLAB实现 / 074

5.3调制与解调分析方法 / 074

5.3.1幅值调制与频率调制 / 074

5.3.2幅值及频率解调分析 / 076

5.4细化频谱分析方法 / 078

5.4.1复调制移频ZFFT算法基本原理 / 078

5.4.2实调制移频ZFFT算法基本原理 / 079

5.4.3实调制移频ZFFT算法计算流程 / 080

5.5细化包络解调方法 / 081

5.6小波变换 / 081

5.6.1小波变换的基本原理 / 082

5.6.2小波变换时频图 / 083

5.6.3小波变换的MATLAB计算程序 / 084

5.6.4小波变换在故障诊断中的应用 / 085

5.7经验模态分解方法 / 086

5.7.1EMD方法的基本原理 / 086

5.7.2Hilbert谱与Hilbert边际谱 / 088

5.7.3EMD分析的MATLAB程序 / 090

第6章滚动轴承的故障诊断与实例分析092

6.1滚动轴承失效形式和振动信号特征 / 092

6.2滚动轴承振动信号的特征频率分析 / 094

6.2.1滚动轴承运动产生的特征频率 / 094

6.2.2滚动轴承刚度变化引起的振动 / 095

6.2.3滚动轴承元件的固有频率 / 095

6.3滚动轴承的典型故障特征 / 096

6.3.1疲劳剥落损伤 / 096

6.3.2均匀磨损的轴承振动信号 / 101

6.3.3与滚动轴承安装有关的振动 / 101

6.4滚动轴承的振动监测与诊断方法 / 101

6.4.1幅域特征参数诊断法 / 101

6.4.2冲击脉冲法 / 103

6.4.3低频信号分析法 / 105

6.4.4共振解调法（包络解调法） / 105

6.4.5加速度包络谱和冲击脉冲谱分析法 / 106

6.4.6倒谱分析法 / 107

6.4.7PeakVue峰值分析法 / 108

6.5滚动轴承的故障诊断实例分析 / 110

6.5.1冲击脉冲法在滚动轴承故障诊断中的应用 / 110

6.5.2冲击脉冲频谱分析法在离心泵电机轴承故障诊断中的应用 / 111

6.5.3胶乳分离机滚动轴承故障的共振解调法分析与应用 / 112

6.5.4倒谱分析在鞍钢线材厂设备滚动轴承故障诊断中的应用 / 113

6.5.5时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用 / 114

6.5.6PeakVue技术在电机轴承故障诊断中的应用 / 115

6.5.7小波变换在滚动轴承故障分析中的应用 / 116

第7章齿轮的故障诊断及实例解析118

7.1齿轮的失效形式及产生原因 / 118

7.1.1齿轮的常见故障 / 118

7.1.2齿轮故障的产生原因 / 119

7.2齿轮副运动特点及振动机理分析 / 120

7.3齿轮故障的时域和频谱特征信息 / 122

7.4齿轮故障的监测与诊断方法 / 128

7.4.1时域平均法 / 129

7.4.2边带及细化频谱分析法 / 129

7.4.3倒谱分析法 / 130

7.4.4Hilbert解调法 / 130

7.5齿轮故障诊断实例解析 / 133

7.5.1边带分析在齿轮故障诊断中的应用 / 133

7.5.2大庆炼化增压鼓风机增速箱振动故障的频谱分析 / 133

7.5.3某海上采油平台的原油外输泵齿轮增速箱故障诊断 / 135

7.5.4基于Hilbert解调技术的重载汽车齿轮箱故障诊断 / 136

7.5.5小波降噪与倒谱相结合的齿轮箱故障诊断方法 / 137

7.5.6基于振动信号Hilbert边际谱的齿轮断齿故障诊断 / 138

7.5.7基于EMD的空分机齿轮箱故障诊断 / 139

第8章旋转机械的故障诊断及实例解析141

8.1旋转机械及其故障分类 / 141

8.1.1旋转机械的分类 / 141

8.1.2旋转机械的主要故障类型 / 141

8.2旋转机械典型故障的振动机理解析 / 143

8.2.1转子不平衡故障的振动机理分析 / 143

8.2.2转子不对中故障振动机理分析 / 145

8.3旋转机械的典型故障特征 / 148

8.3.1转子不平衡时的故障特征 / 148

8.3.2转子不对中时的故障特征 / 149

8.3.3转子基础松动时的故障特征 / 150

8.3.4转子磨碰故障振动特征 / 151

8.3.5基础共振时的振动特征 / 151

8.3.6旋转机械振动特征总结 / 151

8.4转子不平衡故障诊断实例解析 / 152

8.4.1通风电动机组不平衡故障分析研究 / 152

8.4.2某钢厂转炉煤气引风机设备状态检测 / 153

8.4.3催化轴流风机叶片断裂不平衡故障诊断 / 154

8.4.4基于EMD的转子不平衡振动分析 / 155

8.5转子不对中故障诊断实例分析 / 156

8.5.1离心风机不对中的故障分析 / 156

8.5.2汽轮发电机不对中故障探讨及案例分析 / 157

8.5.3汽油加氢泵不对中故障诊断 / 157

8.5.4汽轮发电机组基础下沉引起的不对中故障分析 / 158

8.5.5基于小波的汽轮发电机组振动故障诊断方法研究 / 158

8.5.6基于小波消噪的汽轮发电机组不对中故障检测 / 159

8.5.7基于EMD的模拟不对中振动信号时频谱分析 / 160

8.6转子的其他故障诊断实例分析 / 161

8.6.1引风机地脚螺栓松动故障及其诊断 / 161

8.6.2某化工厂一催装置中锅给水泵转子磨碰故障诊断 / 162

8.6.3基于EMD的烟气轮机动静摩擦故障诊断 / 163

第9章滚动轴承的故障诊断及实例解析164

9.1滑动轴承工作原理 / 164

9.2滑动轴承常见故障及原因 / 166

9.3滑动轴承的故障诊断及其对策 / 167

9.3.1油膜失稳故障的机理 / 167

9.3.2油膜振荡的故障特征及诊断 / 170

9.3.3油膜振荡的防治措施 / 172

9.4滑动轴承故障诊断实例 / 173

9.4.1油膜振荡发展过程的试验分析 / 173

9.4.2滑动轴承存在冲击信号故障诊断案例 / 174

9.4.3汽动给水泵油膜振荡故障分析与治理 / 175

9.4.4超超临界1000MW机组油膜涡动故障分析和处理 / 176

9.4.5离心压缩机油膜振荡的诊断 / 178

9.4.6基于EMD和HT的旋转机械油膜涡动信号分析 / 179

参考文献181