旋转机械故障诊断读书报告

1.前言

故障是指机械设备丧失了原来所规定的性能或状态。通常把设备在运行中所发生的状态异常、缺陷、性能恶化、以及事故前期的状态统统称为故障，有时也把事故直接归为故障。 而故障诊断则是根据状态监测所获得的信息，结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史状况，对可能发生的故障进行分析、预报，对已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，对维护设备的正常运行和合理检修提供正确的技术支持。

通俗地说，对旋转机械故障的诊断类似于医生给患者治病，医生基于病理需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。机器在运行过程中出现故障也是不可避免的。人生了病需要求医就诊，机器出了故障也要找“医生”诊断病因。在通过监测获取机器大量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析，确定故障原因，作出符合实际的诊断结论，提出治理措施。

2．旋转机械故障诊断的意义

旋转机械故障诊断技术的由来及发展，与十分可观的故障损失以及设备维修费密切相关，而旋转机械故障诊断的意义则是有效地遏制了故障损失和设备维修费用。具体可归纳如下几个方面： ① 及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免、减缓、减少重大事故的发生； ② 一旦发生故障，能自动纪录下故障过程的完整信息，以便事后进行故障原因分析，避免再次发生同类事故； ③ 通过对设备异常运行状态的分析，揭示故障的原因、程度、部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用； ④ 可充分地了解设备性能，为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。

3．旋转机械故障诊断的发展概况

旋转机械故障诊断技术和其它学科一样，也是有其发展过程的：

在二战以前对机器振动问题的解决，主要靠技术人员的经验和技巧。利用原始的检测手段，例如用小锤敲击或用细长导体抵在机器的某部位，以耳朵听到的声音来判断机器工作是否正常。

五十年代末，电涡流传感器逐步广泛用于旋转机械的振动检测上。这不仅为振动监测提供了可靠的手段，也为转子动力学，轴承等学科的理论研究提供了先

进的测试手段。

六十年代至七十年代振动监测仪逐渐运用在旋转机械上，同时在这个期间内，数字电路、

电子计算机技术发展很快。当计算机进入信号处理与分析领域时，测试技术便出现了一个新的分支——“信号数字处理分析技术”。这种技术提供了对各种物质运动分析与识别信息。

七十年代末，八十年代初，旋转机械的状态监测与故障诊断系统在许多发达国家开始研制，并把实验室的研究结果推向工业部门应用。

4.旋转机械故障诊断方法

4.1声发射检测诊断法

材料中由于能量从局部源快速释放而产生瞬态弹性波的现象称为声发射。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。声发射技术具有许多优点, 如适用于实时动态监控检测, 且只显示和记录扩展的缺陷, 与缺陷尺寸无关; 对扩展的缺陷具有很高的灵敏度; 整体性; 缺陷所处位置和方向并不影响声发射的检测效果; 受材料的性能和组织的影响小; 方法比较简单, 现场声发射检测监控与试验同步进行等。

4.2温度检测诊断法

温度检测诊断法即以可观测的机械零件的温度作为信息源, 在机器设备运行过程中, 通过温度参数的变化特征判别设备的运行状态。一方面, 零件的振动可以影响温度的变化; 另一方面, 温度的变化也会使旋转件的振动进一步加剧。此外, 其他故障类型和温度变化之间也具有某种确定的关系, 即温度信号中隐含着其他故障诊断信号的信息。温度检测法并不是单一靠检测温度来对设备进行故障诊断, 跟其他技术方法相结合就能更方便地应用于工程实践中。

4.3基于专家系统的诊断方法

专家系统（expert system）是一中基于知识的人工智能诊断系统，其实质是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂的实际问题的一种人工智能计算机程序。目前专家系统用于旋转机械的故障诊断是比较成功的。基于专家系统的诊断方法的主要特点是可以方便地把运行人员的诊断经验用规则表示出来，并允许在知识库中增加、删除或修改一些规则，以确保诊断系统的实时性和有效性，同时还能够给出符合人类语言习惯的结论，并具有相应的解释能力等。

4.4基于人工神经网络的诊断方法

与专家系统相比，基于人工神经网络（artificial neural network简称ANN）的故障诊断方法具有鲁棒性好、容错能力强和学习能力强等特点。目前主要有基于BP算法的前向神经网络和基于径向基函数的神经网络两种主要应用于旋转机械的故障诊断。 往往大型旋转机械是多个故障一起发生的，对于并发的故障进行诊断是一个备受关注的问题。文献[18]提出了用并行遗传神经网络诊断并发的故障的新方法，与传统的BP网络用于故障诊断的方法相比较，该方法在训练网络过程中能够避免网络陷入局部极小, 加快网络训练的速度, 减少了诊断时间。

5.旋转机械故障诊断实例

诊断实例（一）

某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。

振动特征分析：

（1）振动大小随转速升降变化明显

（2）时域波形为正弦波

（3）轴心轨迹为椭圆

（4）振动相位稳定，为同步正进动

（5）频谱中能量集中于1×频，有突出的峰值，高次谐波分量较小

诊断意见：强烈振动的原因是振动不平衡

处理措施：监护运行

生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势:维持运行一个大修周期后，下次大修发现动平衡严重超标

原因：转子库存时间较长，转子较重，未按规定周期盘转

诊断实例（二）

复合不对中故障的诊断

20xx年4月上旬某厂催化主风机检修后，开机运行，电动机轴承温度和振值都较正常(振值为9μm)。但是，半小时后电动机联轴器端轴承温度持续增加，振值从原9μm一直升到53μm，已经超出电动机制造厂出厂标准。

20xx年4月17日和18日对该机组进行了全面的测试。鉴于故障的发生位置主要在电动机侧，所以测试主要集中在电动机侧。

机组简图和测点布置

解体后发现：

1) 电动机轴和齿轮箱低速轴在垂直方向，相差100μm，

已大大超过维修规范所要求的限值。

2) 电动机的轴承室原刷镀层（修复的部位）发生变形，使轴承室产生了一定的锥度，严重地破坏了原有的配合精度。

这说明，在加载运行的初始阶段，电动机轴与其轴承维修时的正确位置并没

有被破坏。因此，其壳体轴向的振动并不大。但是，电动机轴和齿轮箱低速轴在垂直方向存在严重的平行不对中，引起的动载荷迫使电动机滚动轴承逐渐离开原始的位置，发生了偏斜。这样，就造成了电动机轴和齿轮箱低速轴之间，又产生了角度不对中的故障。因此，它最终是一种复合型不对中，既包含了平行不对中的特点，又存在角度不对中的特征。

6.对不同旋转故障诊断方法的体会

故障诊断技术是随着现代科学技术的发展而发展起来的一个新的领域，是系统安全性、可靠性的重要保障技术，直接关系到社会效益和经济效益。故障诊断的方法多种多样，各有各的优缺点，只有能针对不同的故障类型选择适合的故障诊断方法，才能及时、快速、准确地排除故障，确保系统的正常运行。

工作比较集中的是大型旋转机械故障诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场故障诊断的便携式现场数据采集器。 可用于机械状态监测与故障诊断的信号有振动诊断、油样分析、温度监测和无损检测探伤为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广、理论基础最为雄厚、研究得最为充分。目前，在振动信号的分析处理方面，除了经典的统计分析、时频域分析、时序模型分析、参数辨识外，近来又发展了频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析、三维全息谱分析、轴心轨迹分析以及基于非平稳信号假设的短时傅里叶变换、Winger分布和小波变换等。而当代人工智能的研究成果为机械故障诊断注入了新的活力，故障诊断的专家系统不仅在理论上得到了相当的发展，且己有成功的应用实例，作为人工智能的一个重要分支，人工神经网络的研究己成为机械故障诊断领域的一个最新研究热点。随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴的虚拟仪器技术的发展，故障诊断装置和仪器己经由最初的模拟式监测仪表发展到现在的基于计算机的实时在线监测一与故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。这类系统一般具有强大的信号分析与数据管理功能，能全面记录反映机器运行状态变化的各种信息，实现故障的精确诊断。随着网络技术的发展，远程分布式监测诊断系统成为目前的一个研究开发热点。

 

第二篇：机械设计读书报告

机械设计读书报告

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[摘要] 现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法是现代机械设计的手段和目的。现代机械设计具有动态的、科学的、计算机化的特点，在技术上体现智能化、经济性、并行性、集成化、精确性和动态性。现代机械设计范畴广，方法呈现多样化，国内外设计科学形成了不同的流派。

关键词 机械设计理论与方法 发展趋势 优化方法 体会

引言

作为一名本科生，我自认为学到的知识在整个机械行业里面还是比较的浅显的。关于机械设计理论与方法，我们所上的课（《机械原理》、《机械设计》等）断然是不可能讲的非常细致、清楚，于是我查找了相关资料，大致的了解了了解机械设计理论与方法的发展历程、研究现状和未来趋势，对机械行业也有了更深的认识，在这篇论文里有比较系统的阐述。

机械设计理论与方法的发展历程、研究现状和未来趋势

机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素，机械设计的过程实际上就是如何实现机械设计理论的过程。从黄帝的指南车，天工开物中记载的一个个灵巧的机械，到今天的火星探测车，无一不包含机械设计理论的成果。理论是工程现象不断升华和总结的内在规律和本质，现代机械设计理论是对现代机械产品原理和机理的科学总结，而现代机械设计方法是使现代机械产品满足以及判断现代机械产品是否满足设计原则的依据。现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成的，现代机械设

计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法仅仅是现代机械设计的手段和目的。因此，掌握机械设计理论的程度将直接反映机械设计的水平。现代机械设计理论与方法是相对于传统设计理论与方法而言的。随着社会的发展，人们生活水平不断提高，社会对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进，同时，科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。设计方法的发展进程可划分为：①从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段②由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计③第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段。

今天，机械设计学已成为研究机械产品设计理论、设计方法和设计技术的一门学科。它以为发明创新机械提供正确有效理论和方法的机械学、为机械稳定、安静运转提供设计计算方法的机械振动学，保证机械设备安全可靠地运行的机械结构强度学，延长机器寿命、降低能量消耗的摩擦学等学科为基础，探索设计过程本身的一般理论、方法和技术以及设计过程的科学进程和规律。随着以微电子技术为代表的新技术革命浪潮，推动机械科学向新的境界发展，有如给它注入新的血液、新的动力。现代机械设计的特征是，在单一技术内容中渗加社会的和经济的因素，使得设计过程成为系统工程，由经验性和随意性向科学化和模式化发展。强调理论分析计算和试验分析的相互结合，强调系统全局的功能综合，使设计在限定条件下实现最佳动能目标；以实际工况为出发点，引人动力学、摩擦学和可靠性等新概念，发展各种模型的识别及建模技术，以数据库为核心，以交互式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的一体化的计算机辅助设计系统（CAD），高度的集成化、智能化和自动化。这也是我们学生应该注意的一个地方。机械设计与制造的历史表明，不论是新产品的设计或是老产品的改进设计 ，都是从形象思维开始，然后经过逻辑推理和判断以及相应的综合，分析与决策，产生设计方案，然后进一步将其设计具体化，产生机械模型，结构模型和机械系统模型。它们是设计计算的起点，并进一步进入技术细节设计。

我国机械设计工业发展历程与现状

几十年来，我国机械设计的发展经历了一个曲折的过程；已由设计和制造一般的产品逐步发展到高水平的产品，有的产品的设计已达到世界先进水平。但从全局来说，我们对机械设计方法和设计思想的研究不够，因而在设计方面与世界发达国家相比仍比较落后。其落后的特征表现为经验在保证设计质量中仍占主导地位，多数设计依然是遵循类比法和静态设计法，设计作用业以手工为主，而设计的效率低，设计周期长，设计产品效益低。加上已有的成果得不到有效的推广应用，设计人员的素质跟不上发展的需要；以致形成没有开发新产品和更新老产品的设计和应变能力；这些都制约着我国机械工业的发展。我是车辆工程专业的，我深深的感受到身上的担子之重。如今国产汽车市场非常小，路上随处可见的都是外国车，有德国车、日本车……这也是由于我国汽车工业整体不发达有关。

传统设计与现代设计的几个重要特征如图1所示。

图1 传统设计与现代设计的对比

机械设计理论与方法具体应用

通过查阅文献资料，我了解到了很多机械设计理论与方法在我们都很熟悉的机械装备或产品上的具体应用，其中我最感兴趣的是山地自行车后悬架机构优化设计方法。以下我将介绍一下这个方法。

早期山地车的车架与车轮为刚性连接，主要通过充气轮胎和弹簧座垫提供减振效果，也就是如今普通自行车的减震措施。随着技术的不断 改进，2 0世纪 9 0年代初出现了前后都带有悬架结构的全减振山地车。受操控性的影响，山地车前悬架一般采用简单的伸缩筒式结构，而后悬架的设计具有一定的灵活性，且对骑行舒适性影响较大，因此近年来备受关注。根据后悬架与主车架、后轮轴的连接方式不同，可将山地车后悬架分为两大类：一类为单铰结构，另一类为四杆铰接机构(四杆机构)，如图2 所示。

图 2 山地自行车后悬架主要结构类型

由图2可见，单铰结构后悬架仅通过单铰点与主车架相连，结构简单，但扭摆刚度较差；四杆机构后悬架与主车架通过两个铰点连接，具有较好的扭摆刚度，且可通过调整铰点位置改变悬架的拓扑结构。根据后轮轴及减振器安装位置的不同，可得到如图3所示的四杆机构后悬架图谱。为方便区分，定义机构中与车架

下方铰点连接的构件称为摇臂，与车架上方铰点连接的构件称为连架杆。根据减振器安装在摇臂和连架杆上位置的不同，四杆机构也可退化为单铰结构，图3中未列出退化结构。

图3 四杆机构后悬架构型图谱

考虑到主车架位于后悬架左上方，为方便安装减振器，图3b和图3e为较合理结构。

定义后悬架机构的力比值 R 为减振器受力P 与后轮轴所受力 Q模的比值，即 R =|P|／Q。R 随后轮轴位移变化的关系曲线即为力比曲线。

图4 四杆后悬架机构结构图(摇臂驱动式)

将后轮轴安装在摇臂上的机构称为摇臂驱动后悬架机构，如图4所示，后悬架与车架下方连接铰点D处于主车架上较低位置，有利于提高骑行效率。可以得到力比

（1）

由上述公式可知，力比值仅与后悬架机构的几 何参数有关 ，当机构中的几何参数确定后，即可绘制出力比值R随参数变化的曲线，即为前述定义的力比曲线。表1列出了某型样车的摇臂驱动后悬架机构在给定坐标系下的数据。

同样，也可以得到连杆驱动后悬架机构力比特性和单铰后悬架机构力比特性。

由此我们将不同后悬架机构力绘制在图5上。

图5 不同后悬架机构力比曲线

最后，采用Matlab软件中非线性有约束优化方法，得到优化后的后悬架参数比如连杆长、减振器与主车架铰点的坐标等。

个人学习情况与感悟

以上便是一个机械设计理论与方法应用的实例。看上去很令人振奋！由一个具体的实际问题，一步一步转向抽象的理论，转向公式的推导、演算。终于感受到所学的知识在实际应用中是如此的至关重要。最先运用机械原理将机构运动简图画出来，最后用机械设计以及其他方法得出最优解。这便是在工程中的工作的简化。由于我们暂时只学了机械原理和机械设计两门相关的课程，感觉对于机械设计理论与方法的理解不是非常深入，知识面也比较窄，所以在日常生活中我也有意识的去了解、去留意有关的信息，渐渐的也培养了我的兴趣，现在越来越觉得自己热爱这个专业、行业。学了这些知识，平常也是有用武之地的。虽然不是什么设计汽车等一些大物件，做一些小东西还是不错的。平常在寝室，最大的问题就是桌面非常杂乱，东西不知道放哪儿。由此可以在柜子上做文章，比如在柜子上敲几个钉子，将插座或者自己做一些小盒子挂在上面；再者做一些大的盒子，将书柜里的杂物统一收纳好，并盖上盖，顿时桌面与书柜就简洁整齐了很多。在寝室进进出出的人很多，便自制了远距离控制开门的小装置。这个装置其实很

简单，一根结实的绳子，再加一些带固定装置的钉子，将绳子的位置固定好，使在座位上拉绳子时，将门锁打开的同时，也能将门打开，这样给我们都带来了不小的方便。虽然这些小的创意都很简单，甚至有点可笑，但是我觉得这也是一种设计与方法的体现，因为其目的都是为了方便我们的生活，给我们带来利益。到现在，自己感觉在设计一些结构使其使用起来更节能上更有兴趣，比如汽车的轻量化等，全球的资源已经日渐枯竭，节能减排是一个非常有潜力、有意义的方向。

结论

这次读书报告的制作其实对我来说是个不小的挑战。以前基本上没有去查阅过这么多的专业书籍，这次则去借阅了很多，不仅锻炼了我的文献检索能力，也锻炼了专业论文的写作能力，受益匪浅！

机械行业是国民经济的一大支柱产业，重要性不可言喻。不断发展机械设计的理论和方法是很有必要的，掌握机械设计理论与方法是我们机械人所必须的能力。几十年来 ,我国机械设计的发展经历了一个曲折的过程，已由设计和制造一般的产品逐步发展到高水平的产品,有的产品的设计已达到世界先进水平。要确立我国机械工业在国际上的地位，我们必须要加强对机械设计方法和设计思想的研究。因此，我们大学生也必须要更加努力，利用学习的丰富资源充实自己，将理论基础打扎实，这样在将来工作时才能做到游刃有余。

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