第一章-机械故障诊断的基本原理(CUMT).ppt

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中国矿业大学机电学院1第一章第一章机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理1.11.1故障特征参量故障特征参量1.21.2机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断机械故障诊断中国矿业大学机电学院2第一节第一节故障特征参量故障特征参量一、故障特征参量的定义一、故障特征参量的定义对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是：

对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是：

这种故障通过哪些这种故障通过哪些物理量物理量表现出来；表现出来；各物理参量与故障间的各物理参量与故障间的关系强弱关系强弱情况如何。

情况如何。

只有那些与某种故障类型之间的只有那些与某种故障类型之间的关系密切关系密切、对、对故障故障灵敏可靠灵敏可靠的物理参量才被用于故障的诊断。

的物理参量才被用于故障的诊断。

在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳定在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳定可靠的物理量称为可靠的物理量称为故障特征参量故障特征参量。

第一章第一章机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理中国矿业大学机电学院3式中式中F某种故障类型某种故障类型；各种特征参量或故障原因各种特征参量或故障原因故障诊断就是确定故障诊断就是确定F与与之间的某种之间的某种对应关系对应关系f，以便通过检测，以便通过检测来判断故障来判断故障类型类型F是否发生，或在已知是否发生，或在已知F发生的情况下去查明发生的情况下去查明造成造成F的原因的原因等。

等。

第二节第二节故障特征参量故障特征参量故障表现故障表现与与特征参量特征参量和和故障原因故障原因之间存在如之间存在如下的对应关系：

下的对应关系：

中国矿业大学机电学院4对于同一种故障类型，当它们发生在对于同一种故障类型，当它们发生在不不同的机械系统同的机械系统上时，其上时，其故障特征参量故障特征参量也不也不同，因此，在确定某种故障的特征参量同，因此，在确定某种故障的特征参量时，应结合具体的系统进行。

时，应结合具体的系统进行。

井下风机轴承故障井下风机轴承故障中国矿业大学机电学院5二、故障特征参量的选取原则二、故障特征参量的选取原则11、高度敏感性高度敏感性机械系统状态机械系统状态的微弱变化应引起的微弱变化应引起故障特征参量故障特征参量的的较大变化。

较大变化。

22、高度可靠性高度可靠性故障特征参量故障特征参量是依赖于机械系统的状态变化而变化是依赖于机械系统的状态变化而变化的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变量的单值函数。

量的单值函数。

33、实用性（或可实现性）实用性（或可实现性）故障特征参量应是便于故障特征参量应是便于检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏，检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏，但这个参量不易获得但这个参量不易获得（经济的、技术方面的考虑经济的、技术方面的考虑），那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。

那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。

第二节第二节故障特征参量故障特征参量中国矿业大学机电学院6三、故障特征参量的选定方法三、故障特征参量的选定方法故障特征参量一般通过故障特征参量一般通过理论分析理论分析和和实验的方实验的方法法来确定。

来确定。

第二节第二节故障特征参量故障特征参量不同故障，特征参量不同不同故障，特征参量不同同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同中国矿业大学机电学院7第二节第二节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法与传统的诊断手段相对应的识别理论只能与传统的诊断手段相对应的识别理论只能借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式识别以及模糊诊断等多种识别理论。

识别以及模糊诊断等多种识别理论。

本节讨论：

本节讨论：

逻辑推理逻辑推理故障树分析故障树分析第一章第一章机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理中国矿业大学机电学院8可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：

可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：

调研考察，得出故障现象；调研考察，得出故障现象；假设原因；假设原因；由假设原因推断出应有的结果；由假设原因推断出应有的结果；将推断结果与考察所得的现象进行比较；将推断结果与考察所得的现象进行比较；得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立，得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立，则需另立假设。

则需另立假设。

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法一、形式逻辑推理一、形式逻辑推理中国矿业大学机电学院911原因与结果原因与结果引起某现象产生的现象叫做原因，由另一引起某现象产生的现象叫做原因，由另一现象引起的现象叫结果。

现象引起的现象叫结果。

22因果关系的特性因果关系的特性

（1）

（1）因果关系的相对性因果关系的相对性

（2）

（2）因果关系的确定性因果关系的确定性（3）（3）因果关系的普遍性因果关系的普遍性第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法几个逻辑的概念几个逻辑的概念中国矿业大学机电学院10首先确定首先确定可能的原因或结果可能的原因或结果从可能的原因或结果中进行从可能的原因或结果中进行比较比较删除删除虚假虚假成成分，找出分，找出真正真正的原因或结果。

的原因或结果。

中国矿业大学机电学院1133逻辑推理方法逻辑推理方法

（1）

（1）契合法契合法（求同法求同法）场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院12场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象

（2）

（2）差异法差异法（求异法求异法）在故障分析时，形成上述在故障分析时，形成上述差异差异场合的方法有场合的方法有轮流轮流切换法切换法和和换件比较法换件比较法。

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院13轮流切换法：

轮流切换法：

场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院14换件比较法：

换件比较法：

分析故障时，如果怀疑某一零件或部件分析故障时，如果怀疑某一零件或部件是机器故障的起因，则使用完好件替换，并是机器故障的起因，则使用完好件替换，并观察换件前后机器状态的变化，以此断定原观察换件前后机器状态的变化，以此断定原零件是否是故障原因之所在。

零件是否是故障原因之所在。

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院15（3）（3）契合差异并用法契合差异并用法（求同求异法求同求异法）场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院16场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠负事例组的各个场合应选择与正事例组场合较好相似的来比较，因为负事例的场合是无限多的中国矿业大学机电学院17（4）（4）共变法共变法场合场合先行（或后行）情况先行（或后行）情况被研究现象被研究现象第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院18（5）（5）剩余法剩余法已知：

现象已知：

现象a是情况是情况A作用的结果作用的结果现象现象b是情况是情况B作用的结果作用的结果现象现象c是情况是情况C作用的结果作用的结果结论：

现象结论：

现象d是情况是情况D作用的结果作用的结果第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法由由a、b、c、d构成的复合的被研究现象是构成的复合的被研究现象是复合的情况复合的情况A、B、C、D作用的结果。

作用的结果。

中国矿业大学机电学院19必须确认复杂现象的一部分必须确认复杂现象的一部分（a（a、bb、c）c）是某些情是某些情况况（A（A、BB、C）C）引起的，而剩余部分引起的，而剩余部分（d）（d）不可能是这些不可能是这些情况情况（A（A、BB、C）C）引起的；引起的；在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意：

在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意：

复杂现象剩余部分的原因复杂现象剩余部分的原因（D）（D），不一定是个单，不一定是个单一的情况，还可能是个复杂的情况。

实际上多层次、一的情况，还可能是个复杂的情况。

实际上多层次、多原因的复杂多原因的复杂故障树故障树正是描述这种逻辑关系的。

正是描述这种逻辑关系的。

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院20二、故障树分析法二、故障树分析法（FTA）（FTA）故障树分析法故障树分析法（FTA，FaultTreeAnalysis）FaultTreeAnalysis），简，简称称FTAFTA，是一种将系统故障形成的原因由，是一种将系统故障形成的原因由总体至局部总体至局部按树状结构进行逐级细化的分析方法，是一种针对按树状结构进行逐级细化的分析方法，是一种针对某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎推某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎推理方法。

理方法。

故障树分析法的作用故障树分析法的作用：

是对复杂的动态系统设计、：

是对复杂的动态系统设计、工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性分析的工工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性分析的工具，其目的是具，其目的是要判明基本故障、确定故障的原因、要判明基本故障、确定故障的原因、影响和发生概率影响和发生概率。

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法中国矿业大学机电学院21故障树分析法的过程：

故障树分析法的过程：

第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法把所研究系统的把所研究系统的最不希望发生的故障状态最不希望发生的故障状态作为故作为故障分析的障分析的目标目标，然后找到直接，然后找到直接导致导致这一故障发生的这一故障发生的全部因素全部因素，再找出，再找出造成造成这些全部因素中的每一个因这些全部因素中的每一个因素发生的素发生的全部直接因素全部直接因素，一直追查到那些，一直追查到那些原始的原始的，其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究的因素为止。

的因素为止。

中国矿业大学机电学院22第三节第三节机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做事件事件。

如果系统或元件按规定要求如果系统或元件按规定要求（规定的条件规定的条件和时间和时间）完成其功能则称为完成其功能则称为正常事件正常事件；如果系统或元件不能够按规定要求完成指如果系统或元件不能够按规定要求完成指定的功能，或者其功能完成不准确，则称作定的功能，或者其功能完成不准确，则称作故障事件故障事件。

通常引起故障事件的原因有：

通常引起故障事件的原因有：

硬件失效，硬件失效，软件错误，环境条件影响以及人为因素软件错误，环境条件影响以及人为因素等。

等。

中国矿业大学机电学院23把最不希望发生的事件把最不希望发生的事件（或系统故障事件或系统故障事件）称为称为顶事件顶事件，无需再深究的事件，无需再深究的事件（形成系统故形成系统故障的基本事件障的基本事件）称为称为底事件底事件，或称为初始事件，或称为初始事件，介于顶事件与底事件之间的一切事件都称为介于顶事件与底事件之间的一切事件都称为中间事件中间事件。

凡是能产生故障事件的元件