常見的機械故障與診斷方法
一、滾動軸承的故障診斷 滾動軸承的失效形式：
1)磨損失效。是指各元件相互摩擦或雜質進人產生磨損。
2)疲勞失效。是指交變應力或潤滑不良造成表面剝落、脫皮。
3)斷裂失效。是指熱處理不良或沖擊載荷造成碎珠或軸承套開裂。
4)壓痕失效。是指裝配不當或過載沖擊。
旋轉機械故障的30%是由于軸承失效引起的，所以對軸承振動分析尤其重要。在大量的旋轉機械傳動中，滾動軸承是主要的傳動支承形式之一。
1)沖擊脈沖法。滾動軸承中的元件在旋轉時受到載荷的作用發(fā)生脈沖振動。當軸承失效時，脈沖能量增加數(shù)十倍甚至上百倍，因此脈沖能量的強弱代表滾動軸承的運行狀態(tài)。主要的檢測儀器是沖擊脈沖儀，測量單位為dB．（分貝）。一般判斷如下：
①0- 20dB-無損傷。
②20-35dB-有損傷，工作能力降低；
③35-50dB--有可見損傷，處于不良狀態(tài)需檢修。
④> 60dB-軸承處于破壞期。
2)振動檢測法。滾動軸承在滾動狀態(tài)下，產生的沖擊脈沖是一種激振力，這種激振力就會產生振動。檢測振動信號比較容易，通過測定振動故障的頻率，分析出振動成分，同時計算出滾動軸承各個元件的固有頻率，加以比較判斷，診斷滾動軸承單個元件的失效形式。
二、齒輪的故障診斷數(shù)據(jù)統(tǒng)計，齒輪失效引起的轉動機械故障占10.3%，而齒輪箱的故障在齒輪故障中占60%以上。
1)齒輪的常見主要故障：輪齒斷裂占41%；齒面劃痕占10%；齒面疲勞占31%；齒面磨損占10%；其他占8%。
2)齒輪故障診斷方法。齒輪的信號比較復雜，在傳遞信號過程中經過的環(huán)節(jié)比較多，如信號由齒輪十軸一軸承十軸承座呻測量點，高頻信號在傳遞過程中大多喪失。齒輪故障診斷要借助于細致的信號分析技術，提取有效故障特征。
采用的分析技術有功率頻譜診斷法、細化頻譜診斷法、倒頻譜診斷法。通過計算機分析軟件加以分析處理。
三、旋轉機械的故障診斷
旋轉機械是機械設備中的主要的類型之一，涵蓋的種類非常多。例如：機床、泵類、電機、壓縮機、汽輪機、車輛等；由多個機械組成的整套機組，如電動機+齒輪箱+壓縮機，電動機+齒輪箱+壓縮機+蒸汽輪機+燃氣輪機；還有各種自動生產線。
機械設備的大型化、連續(xù)化、自控化、高速、苛刻度高，結構復雜等的發(fā)展趨勢，致使設備的管理難度越來越大，一旦發(fā)生停機故障就會造成巨大經濟損失，甚至發(fā)生安全事故。為了早期發(fā)現(xiàn)設備故障，找出故障產生的部位，故障的惡化程度，預報故障的劣化趨勢，所以設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術得到迅速發(fā)展，應用于工廠生產現(xiàn)場，取得大量的實際經驗，伴隨著診斷理論的開發(fā)，使設備故障診斷工程逐步形成一門新興學科。
狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的廣泛應用，尤其是在線監(jiān)測網絡和計算機專家診斷系統(tǒng)，使故障能夠得到早期預報和及時處理，避免了設備的突發(fā)性停車，減少企業(yè)的經濟損失。當然，監(jiān)測及診斷設備價格昂貴，需要專業(yè)技術人才來運行和掌握，還要與電氣、機械、自控、生產工藝等專業(yè)技術人員共同分析處理，加以綜合判斷，才能正確地找出故障原因和做出科學的決策。
設備故障診斷技術的實施主要包括三個環(huán)節(jié)：
一是信息的采集；
二是信號的處理和轉換；
三是對設備的狀態(tài)進行識別、判斷和預報。
1)信號的采集。這是設備故障診斷的基礎，故障信號的采集是通過振動傳感器來實現(xiàn)。振動傳感器是將機械振動量轉換為電壓信號。傳感器的類型和安裝，要根據(jù)被測機器的特點和監(jiān)測需要確定。
2)信號的確認。機器在運行中，經常會出現(xiàn)報警信號，設備可能產生異常情況，也可能是儀表或檢測探頭失靈，因此要求對信號通過多種途徑進行確認，如對儀器及線路進行檢查，用信號對比的方法來確認信號的可信性。
3)信號的預處理。其目的在于提高信號的可靠性和數(shù)據(jù)的精度，其技術核心是提高信號的信噪比，即排除其他設備或部件的振動干擾、電氣信號的干擾、噪聲干擾及傳感器失靈等。
4)信號的變換。由傳感器拾取的振動信號包含了機器狀態(tài)的大最信息。但是當振動比較復雜時，振動波形比較雜亂。通過信號處理技術，使其形象直觀、清晰和大小分明。信號變換和處理技術根據(jù)需要分別按幅值、時間和頻率域進行。
5)常用的振動信號分析方法
①波形分析法。時間波形是最原始的振動信息，波形分析具有簡捷和直觀的特點，根據(jù)明顯特征的波形，可對設備故障做出初步判斷。
②軌跡分析法。旋轉軸軸心相對于軸承座的運動軌跡，直觀反映了轉子瞬時運動狀態(tài)，在正常情況下，軸心軌跡穩(wěn)定，每次轉動循環(huán)的軌跡基本上相互重合。如果軸心軌跡紊亂，形狀和大小不斷變化，說明轉子運行狀態(tài)不穩(wěn)定。
③軸心位置分析法。軸心在軸承中的位置及偏位角是評判轉子平穩(wěn)性的重要參數(shù)。在正常工作狀態(tài)下，潤滑油的油楔壓力將轉子平穩(wěn)托起。當軸承間隙過大或軸承嚴重磨損，軸心位置明顯下沉。軸承潤滑油的變化，軸承缺陷等故障，偏位角就會發(fā)生變化。
④頻譜分析法。這是設備故障診斷中最常用的方法。頻譜分析的目的就是將構成信號的頻譜各種成分分解，以便識別產生振動的振源。首先分解頻譜的構成，然后找出主振成分并進行分析，做頻譜對比以發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。特別在分析和診斷過程中，不僅要注意各分量的絕對值的大小，還應注意振動的發(fā)展變化趨勢，因為一些較小的頻率成分甚至微弱的頻率分量，可能增長很快，表明故障在發(fā)展。
6)全息分析法。頻譜分析法是現(xiàn)場設備故障分析的傳統(tǒng)方法，但是故障與譜圖并不存在著一一對應的關系。全息譜將被忽略的相位信息充分加以利用，并對兩個空間距離相距900的傳感器的信號進行集成處理。全息分析法應用于大型機組的故障診斷，效果十分明顯。
7)機器的起動和停車過程分析。在機器起動和停車的過程中，轉子經歷了各種轉速和變化，其振動信號是轉子系統(tǒng)對轉速變化的響應，反映出轉子動態(tài)特性和故障征兆，能獲得平時難以得到的信息，所以起停過程分析是檢測轉子的一項重要工作。
四、常見的振動故障模式
常見的振動引起的故障主要有以下幾種：齒輪故障、齒輪不對中、軸瓦松動、電磁激振、參數(shù)激振、摩擦、轉子不對中、熱彎曲、初始彎曲、部件脫落、原始不平衡、軸瓦不穩(wěn)定、氣流激振、油膜振蕩及半速渦動。
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