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1、07秋期作业评讲1机械设备故障诊断与维修作业评讲（1）责任教师 张浩波考核知识点有3个：1、机电设备故障的概念，故障的分类，故障发生的规律；2、机械零件的变形及不同失效模式下减少或消除机械设备零部件失效的方法和途径；3、机械零件的断裂的失效机理。3、铰链四杆机构的类型及杆长计算。第一次平时作业第1章第2章(请见教材第1页第68页) 一、填空题1大多数故障出现的时间和频率与机电设备的使用时间有密切联系。工程实践经验和实验表明，机电设备的故障率变化分为_期、_期和_期3个阶段。答案：早期故障期、随机故障期和耗损故障期2机械零件的_是零件失效的主要模式。答案：磨损3根据磨损结果磨损分为_磨损、_磨损

2、、_磨损等。答案：点蚀 胶合 擦伤 4根据磨损机理磨损分为_磨损、_磨损、_磨损、_磨损、_磨损等。答案：磨料、 疲劳 粘着 腐蚀 微动5在磨损失效中，_失效是最常见、危害最严重的一种失效模式。答案：磨料磨损 6材料性能、_、_的大小及_的高低是影响微动磨损的主要因素。答案：载荷 振幅 温度7机械零件或构件的变形可分为_变形和_变形两种。答案：弹性 塑性8金属零件经过一定次数的循环载荷或交变应力作用后引发的断裂现象，称为_断裂。机械零件使用中的断裂有_是由疲劳引起的。答案：疲劳 809一般疲劳断裂过程经历3个阶段：疲劳裂纹的_；疲劳裂纹的_阶段；最终_即疲劳裂纹的失稳扩展阶段。答案：萌生 扩展

3、 瞬断10在机械加工阶段，要将_加工和_加工分为两个阶段进行。答案：粗 精11在粗加工阶段完成后，应给零件安排一段存放时间，以消除粗加工阶段产生的_；对于高精度零件，还应在半精加工后安排_，以彻底消除应力。答案：应力 人工时效12塑性变形对金属零件的性能和寿命有很大影响，主要表现在金属的强度和硬度_，塑性和韧性_，并使零件内部产生_应力。答案：提高 下降 残余13一个故障诊断系统由工况监视与故障诊断两部分组成，系统的主要工作环节如图所示。请填写工况状态监视主要工作环节方框图。工况状态监视与故障诊断系统主要环节 答案：14故障诊断技术的综合性很强，它涉及_、_、_、预测预报、自动控制、系统辨识、

4、人工智能、力学、数学、振动工程和机械工程等多个领域。答案：计算机软硬件、传感器与检测技术、信号分析与处理技术15在对一些常见设备进行故障诊断时，具有经济、快速、准确的特点，常用的简易诊断方法主要有_法、_法和_法等。答案：听诊法 触测法 观察16常用的振动监测判断标准有_判断标准、_判断标准和_判断标准3大类。答案：绝对 相对 类比17工作中适用于所有设备的绝对判定标准是不存在的，因此一般都是兼用_判断标准、_判断标准和_判断标准，来获得准确、可靠的诊断结果。答案：绝对 相对 类比18齿轮故障的振动诊断是通过分析振动特性或由振动产生的噪声频谱实现的。齿轮振动诊断的主要项目是齿轮的_、齿距_、齿

5、形_、齿面_和齿根部_等。答案：偏心、 误差、 误差、 磨损 裂纹19从物理意义上来说，机械振动是指物体在平衡位置附近作_的运动。答案：往复20机械设备状态监测中常遇到的振动有：_振动、_振动、_带随机振动和_带随机振动，以及其中几种振动的_。答案：周期 非周期 窄 宽 组合21周期振动和非周期振动属于确定性振动范围，由_振动及_振动的_构成。答案：简谐 简谐 叠加22当齿轮失效时，振动会_，随之会产生一些新的频率成分，齿轮故障的振动诊断就是利用这些特征频率进行的。答案：加剧23在齿轮箱的各类故障中，轴承的故障率仅次于齿轮占_。答案：1924滚动轴承常见故障有磨损、疲劳、压痕、腐蚀、电蚀、胶合

6、(粘着)以及保持架损坏等，当出现这些故障时，轴承必然产生_振动和_，因此可采用振动分析的方法对轴承故障进行诊断。答案：异常 噪声25当轴承状况异常时，在激振力的作用下，轴承振动_，振动值变_。答案：加剧 大26滚动轴承元件出现缺陷或结构不规则时，运行中将激发各个元件以其固有频率振动。轴承元件的固有频率取决于本身的材料、外形和质量，一般在_Hz的频率内。答案：2060k27轴承安装歪斜、旋转轴系弯曲或轴承紧固过紧、过松等，都会引起轴承振动，振动的频率与滚动体的通过频率相同。答案：振动 相同28滚动轴承故障的频谱分析法有_信号分析法和中、_信号分析法两种。答案：低频 高频29红外探测器是感受物体辐

7、射能的器件，它的任务是把接收到的红外辐射能量转换成_号输出。根据其作用原理不同，红外探测器分为_电型和_电型两类。答案：电信 光 热30红外点温仪通常由_系统、_探测器、_处理器、_指示器及附属的瞄准器、电源、机械结构等组成。答案：光学 红外 电信号 温度31振动监测周期应以能及时反映设备状态的变化为基本原则来确定，因此不同种类的设备在不同工况下其振动监测周期_。答案：不相同32在工程中，温度在100700 的中温和低于100的低温测量需求最大。在此温度下，物体辐射的大部分能量是肉眼不可见的_线，因此在非接触式测温仪中，红外测温的应用最为广泛。答案：红外二、名词解释 1、早期故障期答：早期故障

8、的特点是故障率较高，但故障随设备工作时间的增加而迅速下降。早期故障一般是由于设计、制造上的缺陷等原因引起的，因此设备进行大修理或改造后，早期故障期会再次出现。 2、随机故障期答：随机故障期内故障率低而稳定，近似为常数。随机故障是由于偶然因素引起的，它不可预测，也不能通过延长磨合期来消除。设汁上的缺陷、零部件缺陷、维护不良以及操作不当等都会造成随机故障。 3、耗损故障期答：耗损故障的特点是故障率随运转时间的增加而增高。耗损故障是由于设备零部件的磨耗、疲劳、老化、腐蚀等造成的。这类故障是设备接近大修期或寿命末期的征兆。 4、磨料磨损答：磨料磨损是指摩擦副的一个表面上硬的凸起部分和另一表面接触，或两

9、摩擦面间存在着硬的质点，如空气中的尘土、磨损造成的金属微粒等，在发生相对运动时，两个表面中的一个表面的材料发生转移或两个表面的材料同时发生转移的磨损现象。在磨损失效中，磨料磨损失效是最常见、危害最严重的一种失效模式。三、简答题1、什么是机械设备故障?它是如何分类的?答：机械设备故障是机械设备(系统)或零部件丧失了规定功能的状态。机电设备故障可以从不同角度进行分类，不同的分类方法反映了故障的不同侧面。从故障性质、引发原因、特点等不同角度出发，可将故障做如下分类。1）按故障性质2）按故障程度3）按故障形成速度4）按故障形成的原因5）按故障造成的后果2、通过采用故障诊断技术，可以做到：答：1）预防事

10、故，保证人身和设备安全，2）推动设备维修制度的改革。3）提高企业经济效益。3、简述机电设备故障的发生有两个显著特点。答：1）是发生故障的可能性随设备使用年限的增加而增大；2）是故障的发生具有随机性。无论哪种故障都很难预料发生的确切时间，因而在没备使用寿命内，发生故障的可能性可用概率表示。4、简述从系统的观点来看，故障包含两层含义：答：1）是机械系统偏离正常功能。其形成的主要原因是机械统(含零部件)的工作条件不正常引起的，这类故障通过参数调节或零部件修复即可消除，系统之恢复正常功能；2）是功能失效。此时系统连续偏离正常功能，并且偏离程度不断加剧，使机设备基本功能不能保证，这种情况称之为失效。一般

11、零件失效可以更换，关键零件失效，则往导致整机功能丧失。 5、机械设备故障诊断技术方法分类形式如下：答：1）功能诊断和运行诊断2）定期诊断和连续监控3）直接诊断和间接诊断4）常规上况诊断和特殊工况诊断5）在线诊断和离线诊断6）精密诊断与简易诊断6、在正常工况下，零件的磨损过程分为3个阶段：答： 1）磨合阶段OA2）稳定磨损阶段AB3）急剧磨损阶段BC7、磨料磨损的机理答：磨料磨损的过程实质上是零件表面在磨料作用下发生塑性变形、切削与断裂的过程。8、功能诊断和运行诊断答：功能诊断是针对新安装或维修后的机器或机组，检查它们的运行工况和功能是否正常，并且按检查的结果对机器或机组进行调整。运行诊断是针对

12、正在工作中的机器或机组，监视其故障的发生和发展。9、定期诊断和连续监控答：定期诊断是每隔一定时间，对工作状态下的机器进行常规检查。连续监控则是采用仪器和计算机信息处理系统对机器运行状态随时进行监视或控制。两种诊断方式的采用，取决于设备的关键程度、设备事故影响的严重程度、运行过程中性能下降的快慢以及设备故障发生和发展的可预测性。10、直接诊断和间接诊断答：直接诊断是利用直接来自诊断对象的信息确定系统状态的一种诊断方法。直接诊断往往受到机器结构和工作条件的限制而无法实现，这时就不得不采用间接诊断。间接诊断是通过两次或多次诊断信息来间接判断系统状态变化的一种诊断方法。例如用润滑油温升来反映轴承的运行

13、状态，通过测箱体的振动来判断箱中齿轮是否正常等。间接诊断是应用最广泛的诊断方法。11、常规工况诊断和特殊上况诊断答：在机器正常工作条件下进行的诊断叫常规工况诊断。对某些机器需为其创造特殊的工作条件来收取信息进行诊断就是特殊工况诊断。例如动力机组的启动和停车过程需要通过转子的几个临界转速，这就需要测量启动和停车两个特定工况下的振动信号，这些信号在常规工况下是得不到的。12、在线诊断和离线诊断答：在线诊断一般是指连续地对正在运行的设备进行自动实时诊断。此时测试传感器及二次仪表等均安装在设备现场，随设备一起工作。离线诊断是通过磁带记录仪等装置将现场的状态信号记录下来带回实验室，结合机组状态的历史档案

14、作进一步的分析诊断。13、精密诊断与简易诊断答：精密诊断是在简易诊断基础上更为细致的一种诊断过程，它不仅要回答有无故障的问题，而且还要详细地分析故障原因、故障部位、故障程度及其发展趋势等系列问题。精密诊断技术包括人工诊断技术、专家系统技术及人工神经网络技术等。简易诊断技术是指使用各种便携式诊断仪器和工况监视仪表，仪对没备有无故障及故障的严重程度作出判断和区分的诊断方法。14、通过采用故障诊断技术，可以做到：答：1）预防事故，保证人身和设备安全。通过故障诊断，可以减少或避免由于零部件失效导致的设备突然停止运转或其它突发性恶性事件的发生。2）推动设备维修制度的改革。故障诊断技术能够帮助维修人员在故

15、障早期发现异常，迅速查明故障原因，预测故障影响，实现有计划、有针对性的按状态检修或视情检修。从而做到在最有利的时间对设备进行维修，提高检修质量，缩短检修时间，减少备件储备，将检修次数减到最少，使设备的维修管理水平得到提高，改变以预防维修为主体的维修体制。3）提高企业经济效益。由于故障诊断技术的实施可以有效地降低发生故障时的经济损失(包括维修费用、故障停机时间等)，因而它可为企业带来可观的经济效益。15减少断裂失效的措施答： 1）优化零件形状结构设计，合理选择零件材料2）合理选择零件加工方法 3）安装使用方面（1）要正确安装，防止产生附加应力与振动。对重要零件，应防止碰伤、拉伤，因为每一个伤痕都

16、可能成为一个断裂源。（2）应注意保护设备的运行环境，防止腐蚀性介质的侵蚀，防止零件各部分温差过大。（3）要防止设备过载，严格遵守设备操作规程。（4）要对有裂纹的零件及时采取补救措施。16故障诊断技术实施的基础：答：是工况监测，工况监测的任务是判别动态系统是否偏离正常功能，并监视其发展趋势，预防突发性故障的发生。工况监视的对象是机电设备外部信息参数(如力、位移、振动、噪声、温度、压力以及流量等机械状态量)的状态特征参数变化。17减轻塑性变形的危害，应从以下几个方面采取对策。答： 1）设计方面 设计时在充分考虑如何实现机构的功能和保证零件强度的同时，要重视零件刚度和变形问题以及零部件在制造、装配和

17、使用中可能发生的问题。如设计时要尽量使零件壁厚均匀，以减少热加工时的变形；要尽量避免尖角、棱角，改为圆角、倒角，以减少应力集中等。此外，还应注意新材料、新工艺的应用，改变传统加工工艺，减少产生变形的可能性。 2）加工方面 对经热加工而成的毛坯，要特别注意其残余应力的消除问题。在制造艺中，要安排自然时效或人工时效工序让毛坯内部的应力得到充分释放。 18工况状态识别答：工况状态识别就是状态分类问题，它的目的是区分下况状态是正常还是异常，或哪一部分正常，以便进行运行管理。19故障诊断答：故障诊断主要任务是针对异常工况，查明故障部位、性质、程度，综合考虑当前机组的实际运行工况、机组的历史资料和领域专家

18、的知识，对故障精确诊断。诊断和监视不同之处是诊断精度放在第一位，而实时性是第二位。20感官听珍法答：设备正常运转时，发生的声响总是具有一定的音律和节奏的，利用这一特点，通过人的听觉功能就能对比出设备是否产生了重、杂、怪、乱的异常噪声，从而判断设备内部是否出现厂松动、撞击、不平衡等故障隐患；此外用手锤敲打零件，听其是否发出破裂杂声，可判断有无裂纹产生、这是主要依靠人的感官的一种听诊方法。21利用电子听诊器听诊法答：像医生给病人看病一样，将电子听诊器的探针接触机器，听珍器的振动传感器，采集机床运转时发生的振动量(用加速度、速度、位移表示)，经转换、放人后输，检测人员通过外机即叫可测听。由于完好设备

19、的振动特征和有故障设备的振动特征不同，反映在听诊器耳机巾的声音也不同，故根据声音的差异即可判断出故障。如当耳机出现清脆尖细的噪声时，说明振动频率较高一般是尺寸相对较小的零件或强度相对较高的零件发生微小裂纹或局部缺陷；当耳机传混浊低沉的噪声时，说明振动频率较低，一般是尺寸相对较人或强度相对较低的零件发生较大的裂纹或缺陷。当耳机传出的噪声比平时强时，说明故障正在发展，声音越大，故障越严重。当耳机传出的噪声是无规律地间歇现时，说明有零件或部件发生了松动。22触测法答：用人手的触觉可以监测设备的温度、振动及间隙的变化情况。人手上的神经纤维可以比较准确地分辨出80以内的温度。如当机件温度在O左右时，手感

20、冰凉，若触摸时间较氏会产生刺骨痛感；10左右日L手感较凉，但般能忍受；20 t左右时，手感稍凉随着接触时间延长，手感渐温；30左右时，手感微温，有舒适感；40左右时，手感较热，有微烫感觉；50左右时，手感较烫，若用掌心按的时间较长，会有汗感；60：左右时，手感很烫，但一般可忍受10s长的时间；70左右时，手感烫得灼痛，一般只能忍受3 s长的时间，并且手的触摸处会很快变红。为防止意外事故发生，触摸时应试触后再细触，以估计机件的温升情况。零件间隙的变化情况可采用晃动机件的方法来检查，这种方法可以感觉出0103 mm的间隙大小。用手触摸机件可以感觉振动的强弱变化和是否产生冲击，以及滑板的爬行情况，此

21、外，用配有表面热电探头的温度汁进行故障的简易诊断，在滚动轴承、滑动轴承、主轴箱、电动机等机件的表面温度的测量：，具有判断热异常位置迅速、数据准确、触测过程方便的特点。23观察法答：是利用人的视觉，通过观察设备系统及相关部分的一些现象，进行故障诊断的。观察法可以通过人直接进行观察，如可以观察设备卜的机件有无松动、裂纹及其损伤；可以检查润滑是否正常，有无干摩擦和跑、冒、滴、漏现象；可以查看汕箱沉积物中金属磨粒的多少、大小及特点，以判断相关零件的磨损情况；可以监测设备运行是否正常，有无异常现象发生；可以观看没备上安装的各种反映设备丁作状态的仪表和测量千具了解数据的变化情况，判断设备工作状况等。在把观

22、察得到的各种信息进行综合分析后，就能对设备是否存在故障、故障部位、故障的程度及故障的原因作出判断。24类比判断标准答：数台同样规格的没备在相同条件下运行时，可通过对各台没备相同部件振动测试结果的比较来确定设备的运行状态，此法亦称为类比法，通过类比确定的机器正常运行时振动的允许值即为类比判断标准。25振动监测周期通常有以下几类：答：1）定期巡检 即每隔一定的时间间隔对设备检测一次，间隔时间的长短与设备类型及状态有关。高速、大型的关键设备，检测周期要短一些；振动状态变化明显的设备，检测周期也应缩短；新安装及维修后的设备，应频繁检测，盲至运转正常。2）随机点检 对不重要的设备，一般不定期地进行检测。

23、发现没备有异常现象时，可临时对其进行测试和诊断。3长期连续监测 对部分大型关键设备应进行在线监测，一日测定值超过设定的槛值，监测系统即进行报警，提醒人们对机器采取相应的保护措施。26信号获取环节答：根据具体情况选用适当的传感方式，将能反映设备工况的信号(某个物理量)测量出来。如可利用人的听、摸、视、闻或选用温度、速度、加速度、位移、转速、压力以及应力等不同种类的传感器来感知设备运行中能量、介质、力、热、摩擦等各种物理和化学参数的变化，并把有关信息传递出来。27信号分析处理环节答：直接检测信号大都是随机信号，它包含了大量与故障尤关的信息，一般不宜用作判别量，需应用现代信号分析和数据处理方法把它转

24、换为能表达工况状态的特征量。通过对信号的分析处理，找到工况状态与特征量的关系，把反映故障的特征信息和与故障无关的特征信息分离开来，达到“去伪存真”的目的。对于找到的与工况状态有关的特征量，还应根据它们对工况变化的敏感程度进行再次选择，选取敏感性强、规律性好的特征量“去粗取精”。28引起齿轮振动的原因大致有3类：答：1）制造误差引起的齿轮失效。齿轮制造时造成的主要误差有：偏心、齿距偏差和齿形误差等，当齿轮的这些误差较严重时，会引起齿轮传动中忽快忽慢，使啮合时产生冲击，引起较大噪声等。2）由于箱体、轴等零件的加丁误差及装配方法等冈索引起的齿轮失效。齿轮装配后会在齿宽方向产生只有一端接触或齿轮轴的直

25、线性偏差(不同轴、不对中)等现象。在这种情况下，齿轮所承受的载荷在齿宽方向是不均匀的，故此会使齿轮的局部受力增加，个别齿载荷过重，从而引起齿轮的早期磨损、甚至断裂。3）齿轮使用中的齿面损伤失效。如磨损失效、表面接触疲劳失效、塑性变形失效、轮齿损伤失效等。29滚动轴承常见的异常状况可分为以下3类：答：1）表面皱裂是因轴承使用时间较长、轴承的滚动配合面全周慢慢劣化的异常形态。发生这种情况时，轴承的振动与正常轴承的振动具有相同的特点，即两者的振动都是无规则的，振幅的概率密度分布大多为正态分布，两者的惟一区别是轴承皱裂时的振幅变大了。2）表面剥落是疲劳、裂纹、压痕以及胶合斑等失效形式所造成的滚动面的异

26、常形态，它引起的振动为冲击振动。在它的频谱中，一类为传输振动的低频脉动形式；另一类为轴承元件的固有振动。通过查找这些固有振动中的某一元件运行中的特征频率是否出现，即可进行故障诊断。3）轴承烧毁是由于润滑状态恶化造成的，发生此情况时，轴承的振动值将迅速增大。30应用x射线照相法的注意事项答：1）应注意射线辐射对人体健康(包括遗传因素)的损害射线不仅是笔直地向前辐射，它还通过被检物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播，要注意其对人体辐射的防护。x射线装置是在几万乃至十几万伏高电压下工作的，因此要注意高压危险。2）注意底片上缺陷图像的对比度和清晰度射线源与被测工件之间的距离较大可增加清晰度，但射线的强度是同射线源与胶片间的距离的平方成反比的，所以不能把此距离拉得太大。此外，应合理选择胶片和增感屏，使胶片易于感光，以便摄得清晰度高的底片。