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工况监测与故障诊断复习题作业题1概论1、什么是工况监测与故障诊断？书P3工况监测与故障诊断是指在一定工作环境下，查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化发生的部位或部件，预测状态劣化的发展趋势2、开展工况监测与故障诊断技术研究的意义？书P4⑴预防事故，保证人身和设备的安全；⑵推动设备维修制度的改革；⑶提高经济效益3、设备状态监测与故障诊断技术包括哪几方面的内容？书P5⑴与当代最新传感器技术尤其是激光测试技术的融合；⑵与最新信号处理方法相融合；⑶与非线性原理和方法的融合；⑷与多元传感器信息的融合；⑸与现代智能方法的融合。2故障的概念与分类1、什么是故障？判断故障的准则是什么？书P7故障：故障是指可修复产品“丧失了其规定功能”，可修复产品是指零、部件经故障再经修理后能继续使用；判断故障的准则：在给定的工作状态下，机械系统的功能与约束条件下不能满足正常运行或原设计期望的要求2、机械系统产生故障的原因有哪些？书P7⑴环境因素：①机械能机械能不但能沿着各个零件传递，而且还和外部介质发生相互作用，以静载荷和动载荷的形式对机械系统产生作用；②热能由于周围介质温度发生变化以及机械在运转过程中的发热作用，会产生一定的热能；③化学能化学能也会对零件产生影响，如含有水分和侵蚀成分的空气会使零件产生腐蚀破坏；④其他能量除上述几种主要能量外，还有核能、电磁能以及生物因素等同样会对零件产生破坏作用，影响机械系统的工作能力；⑵人为因素：①设计不良即使设计者认为是完美的机械系统，实际上总是存在者薄弱环节；②质量偏差制造过程中的过失误差和明显缺陷，在机械系统检验时一般都会暴露出来，可以在制造范围内予以消除③使用不当质量合格的机械系统，在其整个生命周期内的运输和保管技术要求、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故障率将产生很大影响⑶时间因素3、说明故障率曲线（浴盆曲线）意义？P124、什么是故障模式、故障机理？书P12故障模式：故障模式是指由外因和内因对机械系统共同作用结果所显现出来的故障形态故障机理：故障机理是指引起机械系统故障的物理、化学变化等的内在原因、规律及其原理。3工况监测与故障诊断技术的技术知识1、工况监测与故障诊断具体包括哪几个阶段？其基本内容有哪些？书P17阶段：⑴信号采集及其处理；⑵状态监测；⑶故障识别基本内容：⑴在机械系统合适的部位，测取其有关状态的特征信号，这需要选择合适的传感器和测量方法；⑵采用合适的征兆提取方法与装置，从特征信号中提取机械系统有关状态的征兆；⑶采用合适的状态识别方法与装置，依据征兆进行推理而识别出机械系统的有关状态；⑷采用合适的状态趋势分析方法与装置，依据征兆与状态进行推理而识别出有关状态的发展趋势，这里包括故障的早期诊断与预测；⑸采用合适的决策形成方法与装置，从有关状态及其趋势形成正确的干预决策；或者深入系统的下一层次，继续诊断；或者已达指定的系统层次，做出调整、控制、自诊治、维修等有关决策。2、设备工况监测与故障诊断技术的区别与联系？书P18诊断是目的，监测是手段，监测是诊断的前提工况监测通常是指通过检测手段，采集和测量机械系统或部件在运行状态下的有关信息和特征参数，以此来检查机械系统或部件的状态是否正常机械系统或部件的故障诊断，不仅要检查出机械系统或部件是否正常，还要对机械系统或部件发生故障的部位、产生故障的原因、故障的性质和程度、给出正确的深入的判断，即要求作出精密诊断。3、工况监测与故障诊断技术的分类？书P19⑴按诊断对象的类别分类：①旋转机械诊断技术；②往复机械诊断技术；③工程结构诊断技术；④机械零件诊断技术⑤液压系统诊断技术；⑥电气设备诊断技术；⑦生产过程总和诊断技术⑵按诊断方法分类：①振动与噪声监测法：A.振动诊断法B.声学诊断法；②声学监测法；③性能参数法：A.温度诊断法B强度诊断法C.压力流量诊断法D.表面形貌诊断法④电参数诊断法；⑶按诊断的目的、要求和条件的不同分类①性能诊断和运行诊断；②定期诊断和连续诊断；③直接诊断和间接诊断④在线诊断和离线诊断；⑤简易诊断和精密诊断；4、系统分析在工况监测与故障诊断中的作用及工作过程？书P25作用：系统分析是确定监测与诊断系统需求的重要阶段，主要是运用系统论的观点和方法对要设计的监测与诊断系统进行全面的分析和研究，在现有的技术以及硬、软件条件下，选择最优的监测与诊断系统的设计方案，以达到预期的目标。工作过程：主要分三步，第一，确定任务；第二，提出初步技术方案；第三，可行性分析5、监测与诊断系统的基本结构组成？书P26典型的检测与诊断系统由主机（PC机、工控机），分机（以单片机为核心、带有标准接口的仪器和相应的软件组成。4性能参数监测1、什么是性能参数监测？书P28机械系统操作人员从有关的工作参数提示中判断机械系统故障的经验和方法，称之为性能参数监测2、选择监测参数的基本要求？书P28⑴具有足够的信息量，并有典型意义；⑵监测参数与故障形式之间应具有较高的灵敏度和较好的对应性；⑶尽可能利用被监测对象的现有测量元件，若要重新配置，应在测量装置造价低的前提下，保证有一定的测量精度，并能实现参数的获得。3、温度监测的方法有哪些？书P30温度测量范围甚广，测温仪表的种类也很多。按工作原理分，有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射式等；按测量方式分，有接触式和非接触式两类4、非接触式温度测量方法有哪些？书P39⑴热辐射温度计：①物体热辐射能与温度的关系；②辐射高温计⑵红外测温仪器：①红外探测器：A.热敏探测器B.光子探测器②红外成像：A.主动式红外成像B.被动式红外成像⑶红外热电视⑷红外测温仪5、振动监测技术1、振动的分类？振动三要素是？书P54分类：⑴按激振情况分：①自由振动；②受迫振动；③自激震动⑵按振动规律分：①确定性振动：A.周期振动：a简谐振动b.周期振动B.非周期振动：a.准周期振动b.过渡振动②随机振动：A.平稳随机振动：a.窄频带随机振动b.宽频带随机振动B.不平稳随机振动⑶按振动频率分：①低频振动；②中频振动；③高频振动⑷按描述振动系统的自由度划分①单自由度系统振动；②多自由度系统振动；③无限自由度系统振动振动三要素：振幅d频率f相位ψ2.常用的测振传感器有哪些？书P58压电式加速度传感器、惯性式速度传感器、位移（电涡流式）传感器3、振动信号时域统计分析常用参数有哪些？信号的幅值分析包括哪两方面？书P70常用参数：①信号类型；②周期T；③均值；④均方值；⑤方差信号幅值分析包括：信号的幅值概率密度函数、幅值概率密度分布函数4、信号频谱分析的特点？书P71信号频谱分析采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为X（f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息5、说明轴系不对中的分类及故障特征？书P73分类：轴系不对中分为轴线平行且偏离一段距离、两轴线交叉和两轴线交错等几种形式故障特征：旋转时产生振动，使联轴节处于不正常工作状态6、说明轴承不对中的故障机理？书P76⑴轴承不对中实际上反映的是轴承坐标高和左右位置的偏差；⑵轴承不对中同时又使轴颈中心和平衡位置发生变化，使轴系的载荷重新分配，负荷大的轴承油膜呈现非线性，在一定条件下出现高次谐波振动；负荷较轻的轴承易引起油膜涡动进而导致油膜震荡。支承负荷的变化还会使轴系的临界转速和振型发生改变。7、转子弯曲的种类？振动机理及故障特性？书P77种类：永久性弯曲和临时性弯曲振动机理：转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生于质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使轴两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动故障特性：转子永久性弯曲和临时性弯曲与转子质量偏心基本相同8、说明转子不平衡的故障机理及特征？书P78故障机理：由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时会产生离心力、离心力矩或两者兼有之。离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有关，即F=meω2。交变力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。特征：①振动的时域波形近似为正弦波；②频谱图中，谐波能量集中于基频，并且会出现较小的高次谐波，使整个谱图呈所谓的“枞树形”；③当ωωn时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当ωωn后，在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当ω接近于ωn时，即转速接近临界转速时，发生共振，振幅最大值对转速的变化很敏感；④当工作转速稳定时，转子相位稳定；⑤转子的轴心轨迹为椭圆；⑥从轴心轨迹观察其运动特征为同步正进动。9、齿轮故障的常见形式和齿轮振动的类型？书P80常见形式：⑴齿面磨损；⑵齿面划痕胶合；⑶齿面点蚀和剥落；⑷弯曲疲劳和断齿齿轮振动类型：⑴啮合过程中产生的振动⑵转子不平衡或不对中产生的振动⑶齿轮的自由振动与自激振动10、什么是幅值调制和频率调制？P81幅值调制：载频的时域信号幅值受到调制信号的调制。频率调制：载频的时域信号频率受到调制信号的调制。11、齿轮常见故障的振动信号的时域特征和频域特征？P81（1）均匀磨损①时域特征：齿轮发生均匀磨损时，导致齿侧间隙增大，通常会使其正弦波式的啮合波形遭到破坏。②频域特征：齿面均匀磨损时，啮合频率及其谐波分量nfc（n＝1，2，…）在频谱图上的位置保持不变，但其幅值大小发生改变，而且高次谐波幅值相对增大较多。（2）齿轮偏心①时域特征：当一对互相啮合的齿轮中有一个齿轮存在偏心时，其振动波形由于偏心的影响被调制，产生调幅振动。②频域特征：齿轮存在偏心时，其频谱结构将在两个方面有所反映：一是以齿轮的旋转频率为特征的附加脉冲幅值增大；二是以齿轮一转为周期的载荷波动，从而导致调幅现象，这时的调制频率为齿轮的回转频率，比所调制的啮合频率要小得多。（3）齿轮不同轴①时域特征：当齿轮出现不同轴或不对中时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。②频域特征：具有不同轴故障的齿轮，由于其振幅调制作用，会在频谱上产生以各阶啮合频率nfc(n＝1，2,…)为中心，以故障齿轮的旋转频率fr为间隔的一阶边频族，即nfc士fr（n＝1，2,…）。同时，故障齿轮的旋转特征频率mfr（m＝1，2,…）在频谱上有一定反映。（4）齿轮局部异常①时域特征：局部异常齿轮的振动波形是典型的以齿轮旋转频率为周期的冲击脉冲②频域特征：具有局部异常故障的齿轮，由于裂纹、断齿或齿形误差的影响，将以旋转频率为主要频域特征，即mfr（m＝1，2,…）（5）齿距误差①时域特征：具有齿距误差的齿轮，其振动波形理论上应具有调频特性，但由于齿距误差一般在整个齿轮上以谐波形式分布，故在低频下也可以观察到明显的调幅特征。②频域特征：有齿距误差的齿轮，由于齿距的误差影响到齿轮旋转角度的变化，在频率域表现为包含旋转频率的各次谐波mfr（m=1，2，…）、各阶啮合频率nfc(n=1，2，…)以及以故障轮的旋转频率为间隔的边频nfc士mfr（n，m＝1，2,…）等。12、滚动轴承异常的基本形式？书P83⑴疲劳剥落；⑵磨损；⑶腐蚀；⑷断裂；⑸塑性变形13、引起滚动轴承振动的原因？书P83⑴外界激振因素（如转子不平衡、不对中和结构共振等）⑵轴承工作表面缺陷引起的震动⑶滚动体通过载荷方向产生的振动⑷装配不正确⑸轴承内、外圈的加工波纹⑹润滑不良⑺非线性振动14、滚动轴承振动的评定指标有哪些？书P85⑴有效值也称均方根值，它是对时间的平均⑵峰值是振动波形中的最大值，它的大小反映轴承由于表面剥落、裂纹等缺陷造成的冲击力的大小⑶波峰因数定义为振动峰值与有效值的比值6油液监测技术1、油液监测技术的定义及特点？P87油液监测技术将采集到的机械系统润滑油或工作介质样品，利用光、电、磁学等手段，分析其理化指标，检测所携带的磨损和污染物颗粒，从而获得机械系统的润滑和磨粒状态信息，定性和定量地描述机械系统的磨损状态，找出诱发因素，评价机械系统的工况和预测其故障，并确定故障部位、原因和类型。2、油液取样时应考虑哪些因