典型零部件的故障诊断.docx

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典型零部件的故障诊断

案例三　典型零部件的故障诊断

本章教学目标：

1、理解齿轮传动故障的成固和特征

2、了解带传动故障的诊断

3、熟悉诊断方法

教学重点、难点：

教学学时：

教学手段：

课件、现场教学，分组训练

教学内容：

一、典型零部件故障成因及故障信号特征

故障振动：

某运动部件出现破损、磨损、疲劳失效、异常侵入运动副等，都会使运动部件的运动状态发生变化，引起异常振动。

故障振动的频率成分为故障特征频率

故障诊断的工作方法之一：

在设备振动频率成分中寻找故障频率，从而判断设备的故障部位

1.电动机故障诊断

电力振动引起的电动机振动的基本频率成分应当是电力工频（50HZ）的整数倍，与电动机的极对数有关。

∵n=60f/p

当电动机的机械频率部分产生故障时，故障频率与电动机基本频率应当一致。

实际情况中，因电动机存在滑移和相位滞后关系，实际故障频率略低于基本频率。

（二）电动机故障诊断

2.带传动故障诊断

带轮质量不均衡引起的振动

振动特征：

简谐振动，其频率接近电机回转频率fr，振动相位不变化，且振幅随n↑而幅值↑

主要故障原因：

（1）带轮质量不均衡；

（2）带轮槽几何精度及带形状不均

类型：

带本身振动；由带轮几何精度超差引起的振动

带传动误差引起的振动

1）带本身振动：

振动形式—横波振动

基频f=fo（1-υ2/u2）u—波速

高阶fn=Nf＝Nfo（1-υ2/u2）　　N=1、2、3

2）带轮几何精度超差或尺寸形状不均

检测：

作信号平均分析，取两组同步取点：

一是轮上，二是带上，分析信号周期与哪个件运动周期吻合，就是哪个件引起的冲击振动。

一般带形状误差引起的传动冲击在运转一段时间后会有所改善。

频率计法：

先计算带轴转速回转频率fr，再计算带环圈冲击频率fk。

fk=kfr

式中：

k=L/πDL—带长

频谱观察：

质量好的带的频谱有较丰富的频率成分，幅值较低。

质量差的带的频谱特征则相反。

带传动误差引起的冲振动

3.轴的故障诊断

轴的故障引起的振动频率如下：

（1）轴弯曲或质量不均引起频率为回转频率与齿轮啮合频率的振动

（2）联轴器两轴中心线偏移不同轴时，引起回转频率及其谐波频率的振动

（3）轴的松动也会引起以回转频率为基频的振动

总之，轴引起的振动都在低频范围，三种振动可从其振动方向、振动幅值与转速关系上判别出故障原因来。

4.齿轮激发的振动及其特征频率

产生振动和噪声原因：

齿轮误差、失效、疲劳磨损等

振动的三个特征频率点：

1）轴回转频率fr=n/60转/秒

轴不同fr不同

2）啮合频率——每秒啮合次数

fm=ZfrZ—齿数

对于一对齿，fm1=fm2=Z1fr1=Z2fr2

3）齿轮的固有频率

振动仪号类型：

调频、调幅、脉冲冲击。

为寻找故障信号，需对信号解调，找出调制频率和信号基频，然后参照齿轮振动觉频率及特征表找故障。

m—齿数到等效质量k—等效弹簧弹性模量

振动分析

1）在判别齿轮系统异常成因时，先从时域图上分析振动类型，看它属于幅值调制型或脉冲型，再从频谱图上分析其频率成分、幅值大小及边频带，判断设备异常部位、故障性质及原因。

2）当齿轮啮合不好或齿面粗糙会引起轴向振动；当齿轮侧隙过大时会出现.啮合冲击。

3）轴的弯曲变形会产生轴向力造成齿轮轴向振动

5.滚动轴承引起的振动及噪声

特征：

滚动轴承损伤程度高低及其劣化程度都能通过轴承旋转过程中产生的振动、噪声以及基其它可测信号加以测量与判断。

滚动轴承曲振动时频域波形如下图所示。

从图中可以看出，其波形有两个特点：

一是无冲击，二是变化慢。

举例：

频谱分析方法

二、滚动轴承的故障诊断

滚动轴承的振动监测技术

（1）频率分析法

　　原理：

滚动轴承出现故障必表现一定的特征频率成分，在谱图上找出峰值点的频率，进而找出故障原因。

频率种类：

fr-轴的频率fr=n/60

fi-内环上一点与一个滚动体的接触频率

fi=fr（1+d/Dcos）

fc-外环上一点与一个滚动体的接触频率

fc=fr（1-d/Dcos）

fb-滚动体上一点与外环上或内环的接触频率

fb=f2D/d[1-（d/Dcos）]/2

注：

实际频谱的故障频率往往在fr、fi、fc、fb

等频率为间隔的上、下边频率

（2）包络分析法

　　原理：

轴承运转时，轴承的某一零件表面的点蚀与其它零件接触会产生一系列的高频脉冲，其脉冲间隔即脉冲的重复速率就是指示故障部位的重要信息。

　方法：

a）从滚动轴承某元件共振区的高频部分中找出其谐波间隔

　　　　b）从包络信号中找出基波频率

（3）倒谱分析法

　原理：

利用其谐波和边频的特征可为轴承质量评定和故障诊断提供信息

　案例：

（对下图二个图形分析）

经分析解剖观察证实该故障是由于轴承内圈具有疲劳剥落和点蚀损伤引起的。

特点：

在倒频谱上反映出轴的故障远比时域描述和频谱分析灵敏、清晰。

（4）振动简易诊断法

原理：

用测振仪在高频段测取轴承的故障信息，以此判断轴承的运行状态。

方法：

（a）当用测振仪直接以轴承振动值时，一般以相对标准做为诊断标准。

（b）也可用测取轴承振动的冲击峰值与其有效值之比来判断轴承的故障状态。

冲击脉冲法诊断故障

适用：

诊断滚动轴承故障

设备：

SPM－43A型和国产CMJ－1型冲击脉冲计

测量原理：

基于轴承的损伤－冲击－寿命间的关联性而工作的。

基于这个原理，通过检测轴承内滚珠或滚轴与滚道的撞击程度就可有效了解轴承的工作状态。

分析：

1）滚动轴承因损伤或制造装配不良等原因引起的周期性冲击，损伤越严重，冲击越剧烈。

　　　2）其输出时域波形即成为高频周期性减幅振幅信号。

　　　3）当冲击脉冲值达到初始目标值i的1000倍，轴承寿命终止。

　　初始冲击值：

i—表面良好但n或D不同时的冲击量i=2150　　其分贝值用dBi表示

绝对冲击值——任何时候的冲击量5v，也用分尺dBsv

故障级（倍数）N=sv/i用分尺时dBn

dBN=dBsv-dBi

良好：

dBi<20dB（绿区）

有损：

dBN=20~35c/B（黄）

破坏：

dBN>35Db（红区）

国产CMJ-1冲击脉冲计应用

条件：

先预知轴承转速n，内径d。

测量：

脉冲-传感-放大-解调、滤波、比较-输出

CMJ－1型国产脉冲计

接触电阻法诊断轴承故障

原理：

在轴承的电阻值来判断，如右图：

正常接触，有油膜存在r轴承=1－106

故障：

r轴承<1,油膜厚度与接触电阻关系见下图

区别：

振动监测法对剥落、凹坑比较敏感，而接触电阻法对磨损、腐蚀等这一类的缺陷较敏感，两者是相互补充。

采用接触电阻法的注意问题：

（1）转速较低时，轴承的油膜遭到破坏，此时不能使用此法。

（2）为测量轴承固定部分与旋转部分两端电阻，旋转轴和外壳必须在轴承以外部位相对绝缘。

（3）在同一轴上有许多轴承时，不易作出判断，则要经过多点、多次测试才能给出正确的绪论。

三、齿轮传动的故障诊断

齿轮传动的基频特征和频谱特点

齿轮传动的故障诊断大多借助的是频谱分析，可检测的信号除振动和噪声外，还可检测振动的位移。

齿轮啮合振动的波形可分解为许多简谐波之和，且在这些谐波的频率分量中，有与齿数有关的fm、2fm、3fm等，均与fm有关。

说明fm在齿轮传动故障诊断中的重要意义。

结论：

鉴于倒频谱有使谱线定位明确和峰值突出优点，对于复杂齿轮传动系统的多种频率成分的边带调制信号分析尤其有利，常常以倒频谱分析作为齿轮箱精密诊断的基本分析方法之一。

齿轮传动故障诊断技术

功率谱分析法

倒谱分析法

同步平均分析法

时域分析法

齿轮箱精密诊断实例

以高速精密车床主轴箱为例

（1）诊断步骤

确定诊断对象进行调查分析

结构分析及理论计算

确定诊断方法

参数测量，信息处理

分析判断，得出结论

（2）诊断实例（以上图进行振动诊断）

选一传动路线进行分析：

故障分析：

由表10－10可发现与轴承有关的振动主要发生在第7、8、12、13、14、17轴承及相关零件上。

齿轮引起振动主要由Z3、Z8齿轮啮合引起。

四、机床电气设备维修

引言：

现代制造装备自动化程度不断提高，机床电气控制系统重要性越来越突出，电气控制系统的故障都会造成设备故障停机。

　　做好机床电气设备的维修工作，提高电气控制系统的工作可靠性是机电设备维修的一项重要任务。

电气系统故障检查方法

电气控制线路组成：

　　　电气元件、电源、导线及连接的固定部分

引起电气故障的原因：

　　　损耗引起的发热、散热条件改变、电弧产生，电源电压、频率变化以及环境因素等。

4.1.1电气系统故障检查准备工作

（1）电气控制电路主要故障类型

　　电源故障：

其中电源参数变化占20%左右

　　线路故障：

导线故障（绝缘层老化破损、导线折断）；导线连接部分故障（松脱、氧化、发霉等）

　　元器件故障－－元器材损坏、性能变差　

（2）准备工作

根据故障现象对故障进行充分的分析和判断，确定可行的检修方案

研读设备电气控制原理图

准备好电气故障维修用各种仪表工具（验电器、校火灯、万用表、电池灯、电路板测试仪）

望、问、听、切（用手触摸、通、断电检查；对多路并存电路在分清主次情况下按步检修）

4.1.2现场调查和外观检查

4.1.3利用仪表和诊断技术确定故障

（1）利用仪表确定故障

　①线路故障的确定

电阻测量法：

分阶测量；分段测量

电压测量法：

分段测量法；分阶测量法

短接法：

长短接法；局部短接法

图1　局部短接法　　　　　　图2　长短接法

②元件故障的查找确定

　电阻元件故障的查找：

对怀疑有故障的元件可测量其本身电阻加以判定

（a）测量电阻元件热态电阻采用伏安法

（b）对于阻值较小且需要精确测量的电阻采用电桥法测量

　　　10Ω以上可使用单臂电桥

　　　10Ω以下应使用双臂电桥

R＝kr

R-被测电阻

ｋ-电桥倍率

r－电桥可调电阻

电容元件的故障查找：

测量容量和漏电阻。

容量可用电阻表简单测算

电感元件的故障查找：

基本参数：

电感、电阻、功率和电压等

判定方法：

测量其直流电阻和交流电阻，如无异常则电感元件无故障

（2）利用经验确定故障

弹性活动部件法

电路敲击法

黑暗观察法

非接触测温法

元件替换法

对比法

交换法

加热法

分割法

（3）电气故障快速查找法

检查线路状况

检查电源情况

对易查件进行检查

4.1.4故障的排除与修理

绝缘不良：

清洁、更换新线或元件

导线连接故障：

过渡板、垫圈、锡焊接等

试验技术

4.2.1电气设备的绝缘预防性试验

目的：

掌握设备的绝缘强度，及早发现隐藏缺陷，采取对应措施处理，避免停电或设备损坏事故。

内容：

绝缘电阻和吸收比测量

介质损失测量

直流耐压和泄漏电流的测量

交流工频耐压试验

4.2.2交流电动机和开关电器试验

（1）交流电动机试验

分为同步和异步电动机（主要介绍异步电动机的有关试验）

测量绝缘电阻和吸收比

泄漏电流及直流耐压试验（见下图）

工频交流耐压试验

绕组直流电阻

电动机空转检查和空载电流的测定

（2）低压开关试验

4.2.3老化试验

老化：

绝缘材料受热、电和机械应力等因素性能逐渐变化，导致损坏现象。

考虑到各材料运行条件不同，老化因素不同，应把各种老化因素组合起来进行多因素老化试验

内容：

热老化试验、电老化试验

常用电气设备故障诊断维修实例

4.3.1低压电器常见故障与检修

低压电器有保护类低