机械故障诊断技术（第二版张

建）课后答案

第一章

1、故障诊断的基础是建立在能量耗散的原理上的。

2、机械故障诊断的基本方法课按不同观点来分类，目前流行的分类方法有两种：一是按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为简易诊断法和精密诊断法；二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为直接观察法、振动噪声测定法、无损检测法、磨损残余物测定法、机器性能参数测定法。

3、设备运行过程中的盆浴曲线是指什么？

答：指设备维修工程中根据统计得出一般机械设备劣化进程的规律曲线（曲线的形状类似浴盆的剖面线）

4、机械故障诊断包括哪几个方面内容？

答：（1）运行状态的检测根据机械设备在运行时产生的信息判断设备是否运行正常，其目的是为了早期发现设备故障的苗头。

（2）设备运行状态的趋势预报在状态检测的基础上进一步对设备运行状态的发展趋势进行预测，其目的是为了预知设备劣化的速度，以便生产安排和维修计划提前做好准备。

（3）故障类型、程度、部位、原因的确定最重要的是设备类型的确定，它是在状态检测的基础上，确定当机器已经处于异常状态时所需进一步解决的问题，其目的是为了最后诊断决策提供依据。

5、请叙述机械设备的故障诊断技术的意义？

答：设备诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。机械设备的故障诊断可以保证整个企业的生产系统设备的运行，减少经济损失，还可以减少某些关键机床设备因故障存在而导致加工质量降低，保证整个机器产品质量。

6、劣化曲线沿横、纵轴分别分成的三个区间分别是什么，代表什么意义？ 答：横轴包括1、磨合期 2、正常使用期 3、耗损期纵轴包括1、绿区（故障率最低，表示机器处于良好状态）2、黄区（故障率有抬高的趋势，表示机器

处于警械注意状态）3、红区（故障率已大幅上升的阶段，表示机器处于严重或危险状态，要随时准备停机）

第二章

1、按照振动的动力学特性分类，可将机械振动分为三种类型：自由振动和固有频率、强迫振动与共振、自激振动。

2、固有频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定，是物体本身固有的。

3、在非线性机械系统内，由非震荡能量转换为震荡激励所产生的振动称为自激振动。

4、构成一个确定性振动有三个基本要素，即振幅S、频率f或w和相位。 5、机械故障诊断技术的应用分为事故前预防和事故后分析。 6、机械振动按照动力学特征分为几种类型，各有什么特征？

答：自由振动和固有频率：自由振动是物体受到初始激励所引发的一种振动，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断所必须考虑的因素。这个振动频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定，是物体自身固有的。

强迫振动与共振：强迫振动过程不仅与激振力的性质有关，而且与物体

自身固有的特性有关。

自激振动：1、随机性。2、振动系统非线性特征较强时才足以引发自激

振动，使振动系统所具有的非周期能量转换为系统振动能量。3、自激振动与转速不成比例。4、转轴存在异步涡动。5、振动波形在暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态时，波形是规则的周期振动，与一般的强迫振动近似的正弦波有区别。

7、一个确定性振动的三个基本要素是什么？

答：构成一个确定性振动有三个基本要素，即振幅S、频率f或w和相位。 8、强迫振动有什么特点？

答：1、物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励力频率相等。

2、振幅B的大小除了与激励力大小成正比，与刚度成反比外，还与频率比。阻尼比有关。

3、物体位移达到最大值的时间与激励力达到最大值的时间是不同的，两者之间存在有一个相位差。

9、自激振动有什么特点？

答：1、随机性。2、振动系统非线性特征较强时才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转换为系统振动能量。3、自激振动与转速不成比例。4、转轴存在异步涡动。5、振动波形在暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态时，波形是规则的周期振动，与一般的强迫振动近似的正弦波有区别。

10、按照振动频率的高低，通常把振动分为哪三种类型？在各类型中主要测的是什么物理量？为什么？

在低频范围，主要测量的振幅是位移量。这因为在低频范围造成破坏的主要因素是应力的强度，位移量是与应变、应力直接相关的参数。

在中频范围，主要测量的振幅是速度量。这是因为振动不见的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度的平方成正比，在这个范围内，零件主要表现为疲劳破坏。

在高频范围，主要测量的振幅是加速度。加速度表征振动部件所有冲击力程度。冲击力的大小与冲击的频率与加速度值正相关。

第三章

1、安装加速度传感器时，在安装面上涂一层硅胶的目的是增加不平整安装表面的连接可靠性。

2、磁电式速度传感器有绝对式和相对式两种。

3、在选择速度传感器时首先要注意传感器的最低工作频率，其次要注意是传感器的灵敏度。

4、当采用模/数转换测量时，鉴相标记宽度决定鉴相脉冲的最低采样频率。 5、对模拟信号隔离而使用的隔离放大器有哪两种类型：一种是变压器耦合方式，另外一种是利用线性耦合器再加相应补偿的方式。

6、常用的信号转换主要有：电压转换为电流、电流转换为电压和电压与频率互换。

7、噪声的耦合方式有：静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、漏电流耦合。 8、模数转化器的最基本的性能指标是转换时间、转换位数、分辨率以及通道数。

9、电涡流传感器根据什么原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量的？

答：高频震荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生磁场。当被测金属导体靠近磁场时，则在金属表面产生感应电流，同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变，这一变化与金属导体的磁导率、电导率、线圈的几何形状和尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。线圈特征阻抗可用Z=F（t，u，o，D，I，w）函数表示，输出信号的大小随探头线圈到被测件表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这个原理来实现对金属的位移、振动等参数的测量的。

10、用电压式加速传感器能测量静态或变化很缓慢的信号吗？为什么？ 答：不能，压电式加速度传感器依赖质量块的惯性力产生对产生对压电晶体的作用力。由于在静止状态或者变化缓慢状态下，惯性力为零，因此，它只能用于动态测量。

11、简述速度传感器的工作原理。

答：速度传感器利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出，它工作时不需要电源，而是直接从被测件吸取机械能量并转换成电信号输出，属发生器型变换器。

14、选择振动传感器时应注意哪些问题？

答：1、传感器安装在被测件上时，不能影响其振动状态，

2、根据振动测定的目的，明确被测量的量是位移、速度还是加速度，

这些量的振幅有多大，以此来确定传感器的测量范围。

3、必须充分估计测定的频率范围，以此来核对传感器的固有频率。 4、照顾传感器结构和工作原理及特点。

15、形成噪声干扰必须具备几个要素？抑制噪声干扰的方法有哪些？ 答：形成噪声：噪声源、对噪声敏感的接受电路及噪声源接收电路间的耦合通道。

抑制噪声：降低噪声源的强度、接收电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收电路间的耦合通道。

16常见的干扰耦合方式有哪些？

答：静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、漏电流耦合。 17、在机械工程中常用的激振方法具体有哪些？ 答：稳态正玄激振瞬态激振随机激振

18：振动传感器的灵敏度的校准方法有哪些？精度如何？

答：比较法（背靠背法）这种校准方法的精度主要取决于标准传感器的精度。 互易法这种校准方法因不依据振动源的绝对振幅精度及测量仪器的绝对值读数精度，故可取得较高的校准精度。

读数显微镜校准法及激光校准法调节到合适的发光相位，即可测得正确位置 19振动传感器选用有什么原则？

答：1、传感器安装在被测件上时，不能影响其振动状态，

2、根据振动测定的目的，明确被测量的量是位移、速度还是加速度，

这些量的振幅有多大，以此来确定传感器的测量范围。

3、必须充分估计测定的频率范围，以此来核对传感器的固有频率。 4、照顾传感器结构和工作原理及特点。 20、电流信号和电压信号相比有什么优点？

答：1、在信号传输线中，电流不受交流感应的影响，干扰问题易于解决

2、电流信号不受传输线中的电感、电容等参数变化的影响，使传输接

线简单。

3、直流信号便于A/D转换。

21、请叙述检测和诊断系统的任务。

答：1、能反映被测检测系统的运行状态并对异常状况发出警告

2、能提供设备状态的准确描述3、能预测设备状态的发展趋势。

第四章

1、峭度指标对信号中的冲击特征很敏感，正常情况下其值在3左右，如果这个值接近4或者超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。

2、非周期信号分为准周期信号和瞬变信号。 3、周期信号频谱有哪些特征？ 答：离散性，谐波性，收敛性。

5、阐述周期信号频谱与非周期信号频谱的区别。

答：1、谱线是连续的，这是瞬变信号与周期信号在频谱上的显著区别 2、矩形框的时间长度T愈长，频谱图种主瓣愈高而窄。

6、信号x（t）=sin（2*3.14t）是否为周期信号，若是周期信号，求其周期，并用公式求其平均值和均方值。

答：是周期信号。由w=2*3.14f=2*3.14得出f=1，则T=1/f=1 （平均值和均方值公式见书P61）

9、什么是栅栏效应？如何减少栅栏效应的影响？

答：离散线谱之间的频谱被忽略，其能量分配在相邻的离散谱线上，由此造成频率误差。

提高频率分辨率的方法。

10、时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊断系统中的作用分别是什么？ 答：1、判断机械设备是否有故障、程度如何、发展趋势怎样等这类维修指导性工作。

2、回答故障的部件、类型、程度等问题。

11、在观察频谱图做故障诊断分析时，应注意哪些要点。

答：1、首先，注意那些振幅比过去有显著变化的谱线，它们的频率对应部件的特征频率。

2、观察那些振幅较大的谱线，这些谱线的频率所对应的运动部件。 3、注意与转动频率有固定比值的谱线，它们之中是否存在与过去相比发生了变化的谱线。

12、如何绘制轴心轨迹曲线？ 答：1、接用测量所获得的数据绘制。

2、利用频谱图中基频、2阶频、4阶频的振幅与初相角绘制。 15、为了减少谱泄漏，工程上采用哪两种措施？

答：1、加大矩形框的时间长度，级增大采样的样本点数，也就是使w的主瓣尽量地高而窄，能量最大限度地集中在于主瓣，将旁瓣尽量的压缩，同时主

瓣御窄好。

2、采用旁瓣较低的函数作为采集窗函数。 17、频率细化分析的基本思想是什么？

答：频率细化分析的基本思想史利用频移定理，对被分析信号进行复制，在重新采样做傅里叶变换，即可得到更高的频率分辨率。

18、轴心轨迹图通常用在什么场合？如何绘制？ 答：用于分析机械转子系统状态信息。 1、接用测量所获得的数据绘制。

2、利用频谱图中基频、2阶频、4阶频的振幅与初相角绘制。

第五章

1、对于大多数的机器设备，最佳参数是速度，这是很多诊断标准采用该参数的原因，也有些标准根据设备的低、高频工作状态，分别选用振幅（位移）和加速度。

2、振动诊断标准的判定参数有哪些？ 答：在低频段以振动位移为判定参数。 在中频段以速度为判定参数。 在高频段以加速度为判定参数。

3、根据判定标准的制定方法的不同，通常将震动判定标准分为哪几类？ 答：1、绝对判定标准 2、相对判定标准 3、类比判定标准

4、点巡检制度设备诊断模式是指什么？五定作业制度指什么？

答：采用便携式仪器，对设备进行定期的巡检，记录所测定的参数，根据时间历程的参数进行故障判断、劣化趋势分析，这类模式成为点巡检制度；五定作业制度是指定人员、定时间、定测点参数、定测点部位、定测量仪器。

5、为什么要对设备进行劣化趋势分析 答：1、检查设备状态是否处于空置范围以内

2、观测设备状态的变化趋向或现实状况 3、预测设备状态发展到危险水平的时间 4、早期发现设备异常，及时采取对策 5及时找出有问题设备

6、在现场对数据的不规则性检查时，应该对哪五项进行检测？ 答：1、测点值的连接链时候够长

2、测点值是否偏向标准值的一侧 3、测点值是否多分布于注意线的近旁

4、测点值是否有一定的倾向性 5、测点值是否具有一定的周期性

第六章

1、从动力学角度分析,转子系统如何分类？

答：从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。 2、转子-轴系统的稳定性是指什么？如何判断其稳定性？

答：转子-轴承系统稳定性是指转子在受到某种小干扰后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增加而消失则转子系统是稳定的，反之则系统失稳。

3、简述旋转机械的特点及转子组件的结构组成。 答：特点：

结构组成：由转轴及固定装上的各类盘状零件所组成。 5、转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数有关。 7、旋转机械常见的故障有哪些？

答：1、转子-轴承系统不稳定 2、转子不平衡振动 3、转子、联轴器不对中振动 4、转轴弯曲故障 5、转轴横向裂纹故障6、连接松动故障 7、碰摩故障 8、喘振

8、简述转子的不平衡振动机理。

答：旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉淀等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心存在一定程度的偏心距。偏心距较大时，静态下所产生的偏心力矩大于摩擦阻力矩，表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部，其偏心力矩小于摩擦力矩的区域内，成为静不平衡。偏心距较小时，不能表现出静不平衡的特征，但是在转子旋转时表现为一个转动频率同步的离心力矢量，离心力F=Mew2.，从而激发转子的振动，这种现象称之为动不平衡。静不平衡的转子由于偏心距e较大，表现出更为强烈的东不平衡振动。

10、碰磨故障的振动特征有哪些？

答：1、时域波形存在“顶销”现象2、频谱上除了转子工频外，还存在丰富的高次谐波成分3、严重摩擦时，还会出现1/2倍频，1/3倍频、1/N倍频等精确的分频成分4、全息谱上出现较多、较大的高频椭圆，且偏心率较大。5提纯轴心轨迹存在“尖角”

第七章

1、滚动轴承的特征频率通常用来作为诊断的依据。

2、传感器的安装部位通常在轴承座部位，并按信号传动的方向选择垂直、水平、和轴向布置。

3、采用峰值系数法和峭度指标法进行故障诊断，正常时滚动轴承的波峰系数约为5，峭度值约为3；但是，当峭度值下降时不标明故障恢复，而可能是轴承故障进入晚期，剥落斑点充满整个滚道。

4、滚动轴承常见的失效形式有哪些？分别简要介绍失败原因。

答：1、磨损失效（在滚动轴承运转中，滚动体和套圈之间均存在滑动，引起零件接触面的磨损）2、疲劳失效（滚动体或套圈表面由于接触载荷的反复作用，产生疲劳应力，也可能是由于润滑不良或者强迫安装引起的疲劳失效）3、腐蚀失效（化学腐蚀，电腐蚀，微振腐蚀）4、塑变失效（由于滚动轴承受载，在滚动体和滚到接触面处产生塑性变形）5、断裂失效（运行时载荷过大、转速过高5、润滑不良或装备不善而产生过大热应力，或由于磨削或热处理不当导致）6、胶合失效（保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合）

5、滚动轴承运行时为什么会产生振动？

答：滚动轴承刚度变化引起的振动，由滚动轴承的运动副引起的振动，滚动轴承的早期缺陷所激发的振动特征

6采用较多的滚动轴承故障信号分析方法有哪几种？

答：有效值与峰值判别法，峰值系数法，峭度指标法，冲击脉冲法，共振解调法，频谱分析法，倒频谱分析法。七种。

9、简述共振解调技术的基本原理和作用

答：共振解调法与冲击脉冲法的基本原理相同，只是通过包络检波后并不测定振幅，而是保留检波后的波形，再用频谱分析法找出故障信号的特征频率，以确定轴承的故障元件。