机械故障诊断及典型案例解析

第1章绪论001
1.1机械故障诊断技术的定义 / 001
1.2机械设备故障诊断的研究内容 / 002
1.3机械设备故障诊断方法的分类 / 003
1.4机械设备故障诊断技术的发展趋势 / 005

第2章机械故障诊断的振动力学基础006
2.1机械振动的概念及分类 / 006
2.1.1机械振动的基本概念 / 006
2.1.2机械振动的分类 / 006
2.1.3机械振动的描述 / 007
2.2机械系统振动的动力学基础 / 011
2.2.1无阻尼自由振动 / 011
2.2.2有阻尼自由衰减振动 / 012
2.2.3简谐受迫振动 / 013
2.2.4单自由度系统振动理论的应用 / 016
2.3机械振动测量与分析诊断系统简介 / 017
2.4机械振动故障信号测取传感器 / 018
2.4.1电涡流位移传感器 / 018
2.4.2速度传感器 / 019
2.4.3加速度传感器 / 020
2.5振动传感器的选择与安装 / 022
2.5.1传感器的选择原则 / 022
2.5.2传感器的安装方式 / 022

第3章机械故障信号的幅域与时域分析 025
3.1随机信号的幅值概率密度函数 / 025
3.2信号幅域分析 / 027
3.2.1有量纲幅域参数 / 027
3.2.2无量纲幅域参数 / 028
3.3信号的相关分析 / 031
3.3.1自相关函数 / 031
3.3.2互相关函数 / 034
3.3.3相关分析的应用 / 035

第4章 故障诊断信号的频域分析方法038
4.1傅里叶级数和傅里叶积分 / 038
4.1.1傅里叶级数 / 038
4.1.2傅里叶积分 / 040
4.2傅里叶变换的基本性质 / 042
4.3典型信号的傅里叶变换 / 044
4.3.1单位脉冲信号（δ函数） / 044
4.3.2周期单位脉冲函数（梳状δ函数） / 047
4.4信号的采样 / 048
4.4.1连续信号的采样 / 048
4.4.2采样定理 / 049
4.4.3采样点数与频率分辨率 / 051
4.5离散傅里叶变换（DFT） / 051
4.5.1DFT的理论公式 / 052
4.5.2DFT计算过程的图解说明 / 052
4.6快速傅里叶变换（FFT） / 054
4.6.1直接DFT计算的缺点 / 054
4.6.2快速傅里叶变换（FFT）的方法 / 055
4.7提高频谱分析精度的方法 / 058
4.7.1整周期采样方法 / 058
4.7.2窗函数法 / 059
4.8傅里叶频谱信息的表示方法 / 061
4.8.1确定性信号的傅里叶谱 / 061
4.8.2随机信号的功率谱 / 062
4.9机械故障信息的其他表示方法 / 065

第5章故障诊断信号处理的特殊方法069
5.1时域平均方法 / 069
5.2倒谱技术 / 071
5.2.1倒谱的分类 / 072
5.2.2倒谱分析法应用 / 072
5.2.3倒谱分析法的MATLAB实现 / 074
5.3调制与解调分析方法 / 074
5.3.1幅值调制与频率调制 / 074
5.3.2幅值及频率解调分析 / 076
5.4细化频谱分析方法 / 078
5.4.1复调制移频ZFFT算法基本原理 / 078
5.4.2实调制移频ZFFT算法基本原理 / 079
5.4.3实调制移频ZFFT算法计算流程 / 080
5.5细化包络解调方法 / 081
5.6小波变换 / 081
5.6.1小波变换的基本原理 / 082
5.6.2小波变换时频图 / 083
5.6.3小波变换的MATLAB计算程序 / 084
5.6.4小波变换在故障诊断中的应用 / 085
5.7经验模态分解方法 / 086
5.7.1EMD方法的基本原理 / 086
5.7.2Hilbert谱与Hilbert边际谱 / 088
5.7.3EMD分析的MATLAB程序 / 090

第6章滚动轴承的故障诊断与实例分析092
6.1滚动轴承失效形式和振动信号特征 / 092
6.2滚动轴承振动信号的特征频率分析 / 094
6.2.1滚动轴承运动产生的特征频率 / 094
6.2.2滚动轴承刚度变化引起的振动 / 095
6.2.3滚动轴承元件的固有频率 / 095
6.3滚动轴承的典型故障特征 / 096
6.3.1疲劳剥落损伤 / 096
6.3.2均匀磨损的轴承振动信号 / 101
6.3.3与滚动轴承安装有关的振动 / 101
6.4滚动轴承的振动监测与诊断方法 / 101
6.4.1幅域特征参数诊断法 / 101
6.4.2冲击脉冲法 / 103
6.4.3低频信号分析法 / 105
6.4.4共振解调法（包络解调法） / 105
6.4.5加速度包络谱和冲击脉冲谱分析法 / 106
6.4.6倒谱分析法 / 107
6.4.7PeakVue峰值分析法 / 108
6.5滚动轴承的故障诊断实例分析 / 110
6.5.1冲击脉冲法在滚动轴承故障诊断中的应用 / 110
6.5.2冲击脉冲频谱分析法在离心泵电机轴承故障诊断中的应用 / 111
6.5.3胶乳分离机滚动轴承故障的共振解调法分析与应用 / 112
6.5.4倒谱分析在鞍钢线材厂设备滚动轴承故障诊断中的应用 / 113
6.5.5时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用 / 114
6.5.6PeakVue技术在电机轴承故障诊断中的应用 / 115
6.5.7小波变换在滚动轴承故障分析中的应用 / 116

第7章齿轮的故障诊断及实例解析118
7.1齿轮的失效形式及产生原因 / 118
7.1.1齿轮的常见故障 / 118
7.1.2齿轮故障的产生原因 / 119
7.2齿轮副运动特点及振动机理分析 / 120
7.3齿轮故障的时域和频谱特征信息 / 122
7.4齿轮故障的监测与诊断方法 / 128
7.4.1时域平均法 / 129
7.4.2边带及细化频谱分析法 / 129
7.4.3倒谱分析法 / 130
7.4.4Hilbert解调法 / 130
7.5齿轮故障诊断实例解析 / 133
7.5.1边带分析在齿轮故障诊断中的应用 / 133
7.5.2大庆炼化增压鼓风机增速箱振动故障的频谱分析 / 133
7.5.3某海上采油平台的原油外输泵齿轮增速箱故障诊断 / 135
7.5.4基于Hilbert解调技术的重载汽车齿轮箱故障诊断 / 136
7.5.5小波降噪与倒谱相结合的齿轮箱故障诊断方法 / 137
7.5.6基于振动信号Hilbert边际谱的齿轮断齿故障诊断 / 138
7.5.7基于EMD的空分机齿轮箱故障诊断 / 139

第8章旋转机械的故障诊断及实例解析141
8.1旋转机械及其故障分类 / 141
8.1.1旋转机械的分类 / 141
8.1.2旋转机械的主要故障类型 / 141
8.2旋转机械典型故障的振动机理解析 / 143
8.2.1转子不平衡故障的振动机理分析 / 143
8.2.2转子不对中故障振动机理分析 / 145
8.3旋转机械的典型故障特征 / 148
8.3.1转子不平衡时的故障特征 / 148
8.3.2转子不对中时的故障特征 / 149
8.3.3转子基础松动时的故障特征 / 150
8.3.4转子磨碰故障振动特征 / 151
8.3.5基础共振时的振动特征 / 151
8.3.6旋转机械振动特征总结 / 151
8.4转子不平衡故障诊断实例解析 / 152
8.4.1通风电动机组不平衡故障分析研究 / 152
8.4.2某钢厂转炉煤气引风机设备状态检测 / 153
8.4.3催化轴流风机叶片断裂不平衡故障诊断 / 154
8.4.4基于EMD的转子不平衡振动分析 / 155
8.5转子不对中故障诊断实例分析 / 156
8.5.1离心风机不对中的故障分析 / 156
8.5.2汽轮发电机不对中故障探讨及案例分析 / 157
8.5.3汽油加氢泵不对中故障诊断 / 157
8.5.4汽轮发电机组基础下沉引起的不对中故障分析 / 158
8.5.5基于小波的汽轮发电机组振动故障诊断方法研究 / 158
8.5.6基于小波消噪的汽轮发电机组不对中故障检测 / 159
8.5.7基于EMD的模拟不对中振动信号时频谱分析 / 160
8.6转子的其他故障诊断实例分析 / 161
8.6.1引风机地脚螺栓松动故障及其诊断 / 161
8.6.2某化工厂一催装置中锅给水泵转子磨碰故障诊断 / 162
8.6.3基于EMD的烟气轮机动静摩擦故障诊断 / 163

第9章滚动轴承的故障诊断及实例解析164
9.1滑动轴承工作原理 / 164
9.2滑动轴承常见故障及原因 / 166
9.3滑动轴承的故障诊断及其对策 / 167
9.3.1油膜失稳故障的机理 / 167
9.3.2油膜振荡的故障特征及诊断 / 170
9.3.3油膜振荡的防治措施 / 172
9.4滑动轴承故障诊断实例 / 173
9.4.1油膜振荡发展过程的试验分析 / 173
9.4.2滑动轴承存在冲击信号故障诊断案例 / 174
9.4.3汽动给水泵油膜振荡故障分析与治理 / 175
9.4.4超超临界1000MW机组油膜涡动故障分析和处理 / 176
9.4.5离心压缩机油膜振荡的诊断 / 178
9.4.6基于EMD和HT的旋转机械油膜涡动信号分析 / 179

参考文献181