第1章緒論

1.1設備健康監測與故障診斷的定義1

1.2設備健康監測與故障診斷技術的主要內容2

1.2.1設備健康監測與故障診斷的技術體繫2

1.2.2健康監測與故障診斷技術的分類2

1.2.3健康監測與故障診斷的實施過程4

1.2.4健康監測與故障診斷繫統的組成5

1.3設備健康監測與故障診斷技術的發展與應用6

1.3.1健康監測與故障診斷的發展歷史、現狀6

1.3.2健康監測與故障診斷技術的應用7



第2章設備健康監測與故障診斷的理論基礎

2.1故障診斷的理論基礎9

2.1.1故障的定義和分類9

2.1.2故障機理10

2.1.3形成故障的外部因素12

2.1.4故障發生的規律14

2.1.5設備狀態及其演變14

2.1.6故障跡像及其特征參量16

2.2信號處理和分析基礎知識17

2.2.1信號的定義及分類17

2.2.2信號的幅值域描述及分析21

2.2.3信號的時域描述及分析25

2.2.4信號的頻域分析28

2.2.5信號采集與處理30



第3章設備健康監測與診斷實施技術

3.1振動監測與診斷技術38

3.1.1機械振動的分類38

3.1.2振動測試傳感器40

3.1.3振動監測及標準47

3.2溫度監測與診斷技術47

3.2.1熱電偶及熱電阻接觸式測溫48

3.2.2紅外測溫技術48

3.3油污染監測與診斷技術51

3.3.1油樣分析技術的基本原理51

3.3.2油樣分析技術51

3.4無損檢測技術55

3.4.1超聲檢測55

3.4.2射線檢測56

3.4.3磁粉檢測56

3.4.4滲透檢測57

3.4.5渦流檢測57

3.5綜合診斷技術58



第4章典型零部件的健康監測與診斷

4.1滾動軸承的健康監測與診斷59

4.1.1滾動軸承基本結構及其分類59

4.1.2滾動軸承的主要損傷類型60

4.1.3滾動軸承的振動機理及特征61

4.1.4滾動軸承的振動監測63

4.1.5滾動軸承的其他監測與故障診斷方法64

4.1.6案例分析65

4.2齒輪箱健康監測與診斷66

4.2.1齒輪箱的分類及基本結構66

4.2.2齒輪箱中零部件常見的損傷形式66

4.2.3齒輪箱振動分析方法68

4.2.4齒輪箱典型故障振動特征70

4.2.5齒輪箱故障診斷方法74

4.2.6案例分析75



第5章旋轉設備健康監測與診斷

5.1旋轉設備振動監測與診斷基礎79

5.1.1旋轉設備振動分類79

5.1.2旋轉設備振動特征參量80

5.1.3旋轉設備振動監測82

5.1.4振動監測標準84

5.1.5旋轉設備振動故障常用分析方法84

5.2轉子動力學基礎87

5.2.1轉子臨界轉速87

5.2.2轉子放大因子89

5.3轉子不平衡故障機理與診斷91

5.3.1不平衡的故障機理91

5.3.2不平衡的分類91

5.3.3不平衡的故障特征及診斷92

5.3.4轉子不平衡的故障原因分析及維修措施93

5.3.5轉子不平衡的後果及轉子平衡94

5.3.6案例分析95

5.4不對中故障機理與診斷99

5.4.1不對中的分類99

5.4.2不對中的故障機理99

5.4.3不對中的故障特征及診斷100

5.4.4轉子不對中故障原因與維修措施101

5.4.5案例分析101

5.5彎曲故障機理與診斷104

5.5.1彎曲的分類104

5.5.2彎曲的故障機理104

5.5.3彎曲的故障特征及診斷104

5.5.4轉子彎曲的故障原因與維修措施105

5.6偏心故障機理與診斷105

5.6.1偏心的故障機理與分類105

5.6.2偏心的故障特征105

5.6.3案例分析106

5.7松動故障的機理與診斷107

5.7.1松動故障分類108

5.7.2松動的故障機理及振動特征108

5.7.3支撐繫統松動的故障原因與維修措施109

5.7.4案例分析110

5.8動靜踫摩故障的機理與診斷112

5.8.1動靜踫摩的振動機理112

5.8.2動靜踫摩的故障特征與診斷113

5.8.3動靜踫摩的故障原因與維修措施113

5.8.4案例分析113

5.9油膜軸承油膜渦動和振蕩的機理與診斷115

5.9.1動壓軸承工作原理116

5.9.2油膜渦動機理116

5.9.3半速渦動與油膜振蕩117

5.9.4油膜渦動與油膜振蕩的特征119

5.9.5油膜渦動與油膜振蕩的診斷119

5.9.6油膜振蕩的危害及維修措施119

5.9.7案例分析120

5.10旋轉失速與喘振122

5.10.1旋轉失速與喘振的機理122

5.10.2旋轉失速與喘振的特征及診斷依據123

5.10.3旋轉失速與喘振的危害124

5.10.4旋轉失速與喘振產生的原因及維修措施124

5.10.5案例分析124



第6章在線監測與智能診斷

6.1在線監測技術127

6.1.1在線監測技術概述127

6.1.2在線監測繫統的組成及功能127

6.1.3典型在線監測繫統簡介128

6.2專家繫統及智能診斷132

6.2.1專家繫統及其在故障診斷中的應用132

6.2.2設備故障的神經網絡診斷技術135

6.2.3設備故障的模糊診斷技術140

6.2.4設備故障的灰色診斷技術142

6.2.5設備故障的支持向量機技術143



參考文獻

設備狀態監測與故障診斷是20世紀80年代迅速發展起來的一門交叉性學科，健康監測與故障診斷是近些年根據仿生學提出的一種概念。設備在整個生命周期中，由於各種因素，像人一樣會“生病”，工程師像醫生一樣，通過一些監測手段，獲得設備運行過程中的健康信息，並結合設備的病史及工程師所掌握的知識來判斷設備是否健康，若不健康，是什麼故障、何處故障、故障程度等。本書在此基礎上，繫統地介紹了設備發生故障的機理、故障規律及信號的一些基本知識，然後介紹健康監測與故障診斷技術的實施技術，如振動監測與診斷技術、溫度監測與診斷技術、油污染監測與診斷技術及無損檢測技術等；之後針對齒輪箱、軸承等典型零部件和旋轉機械，結合工程案例，介紹健康監測與診斷技術的具體實施方法；後介紹在線監測繫統及智能診斷方法。

本書是編者在多年課堂教學總結和實際工程項目積累的基礎上編寫的，內容豐富完整，結構清晰，既有基礎理論部分，也有診斷技術部分；既有知識闡述，也有結合工程項目的案例分析，適合作為高等學校機械類專業本科和研究生的教材，也適合作為機械工程技術人員和設備維護人員的學習參考資料。

本書在編寫的過程中得到了編者多屆研究生的大力支持，戚敏新、李長龍、陳少傑、朱路飛、張楠楠、劉偉、陳超峰、翟雙苗、王從譯、胡剛毅、鐘文清、田鑫、何天浩、冷倉田、孫彪等在文獻查閱、文字修改、圖片制作等方面做了很多工作。本書所使用的部分工程項目案例是編者和蘇永升教授等一起承擔的工程項目。在編寫的過程中，嶽陽長嶺設備研究所有限公司朱鐵光高工給予了大力支持，並提供了部分工程案例，在此一並表示感謝！

由於編者水平有限，不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。



編者

2019年6月