第1章 绪论 1
1.1机械故障诊断技术的定义 1
1.2机械设备故障诊断的研究内容 2
1.3机械设备故障诊断方法的分类 3
1.4机械设备故障诊断技术的发展趋势 5
第2章 机械故障诊断的振动力学基础 7
2.1机械振动的概念及分类 7
2.1.1机械振动的基本概念 7
2.1.2机械振动的分类 7
2.1.3机械振动的描述 8
2.2机械系统振动的动力学基础 12
2.2.1无阻尼自由振动 12
2.2.2有阻尼自由振动 13
2.2.3简谐受迫振动 13
2.2.4单自由度系统振动理论的应用 16
2.3机械振动测量与分析诊断系统简介 21
2.4机械振动故障信号测取传感器 22
2.4.1电涡流式位移传感器 22
2.4.2速度传感器 23
2.4.3加速度传感器 23
2.5传感器的选择与安装 26
2.5.1传感器的选择原则 26
2.5.2传感器的安装方式 26
第3章 机械故障信号的幅域与时域分析 29
3.1随机信号的概率密度函数 29
3.2信号幅域分析 31
3.2.1随机信号的统计参数 31
3.2.2有量纲幅域参数 31
3.2.3无量纲幅域参数 32
3.3信号的相关分析 34
3.3.1自相关函数 34
3.3.2互相关函数 36
3.3.3相关函数的应用 37
第4章 故障诊断信号的频域分析方法 39
4.1傅里叶级数和傅里叶积分 39
4.1.1傅里叶级数 39
4.1.2傅里叶积分 41
4.2傅里叶变换的基本性质 43
4.3典型信号的傅里叶变换 46
4.3.1单位脉冲信号（δ函数） 46
4.3.2周期单位脉冲函数（梳状δ函数） 48
4.4信号的采样 50
4.4.1连续信号的采样 50
4.4.2采样定理 51
4.4.3采样点数与频率分辨率 52
4.5离散傅里叶变换（DFT） 53
4.5.1 DFT的理论公式 53
4.5.2 DFT计算过程的图解说明 54
4.6快速傅里叶变换FFT 56
4.6.1直接DFT计算的缺点 56
4.6.2快速傅里叶变换FFT的原理及应用 56
4.7提高频谱分析精度的方法 59
4.7.1整周期采样方法 59
4.7.2窗函数法 60
4.8傅里叶频谱信息的表示方法 62
4.8.1确定信号的傅里叶谱分析 62
4.8.2随机信号的功率谱分析 64
4.9机械故障信息的其他表示方法 66
4.9.1振动趋势图 66
4.9.2三维瀑布图 66
4.9.3级联谱图 66
4.9.4波德图 66
4.9.5极坐标图 67
4.9.6相位及相位差图 68
4.9.7轴心轨迹 68
4.9.8轴心位置分析 69
4.9.9全息谱 69
第5章 故障诊断信号处理的特殊方法 71
5.1时域平均方法 71
5.2倒谱技术 73
5.2.1倒谱的定义 74
5.2.2倒谱分析法应用 74
5.2.3倒谱分析法MATLAB实现 76
5.3调制与解调分析方法 76
5.3.1幅值调制与频率调制 76
5.3.2幅值解调分析 78
5.4细化频谱方法 80
5.4.1复调制移频ZFFT法基本原理 80
5.4.2实调制移频ZFFT法基本原理 81
5.4.3实调制移频ZFFT法计算流程 82
5.5细化包络解调方法 83
5.6小波变换 83
5.6.1小波变换的基本原理 84
5.6.2小波变换时频图 85
5.6.3小波变换的计算 86
5.6.4小波变换在故障诊断中的应用 87
5.7经验模态分解方法 88
5.7.1 EMD方法的基本原理 88
5.7.2 Hilbert谱与Hilbert边际谱 91
5.7.3 EMD分析的MATLAB程序 92
5.7.4基于EMD的Hilbert变换解调分析及应用 93
第6章 滚动轴承的故障诊断与实例解析 94
6.1滚动轴承失效的形式和振动信号特征 94
6.2滚动轴承振动信号的特征频率分析 96
6.2.1滚动轴承运动产生的特征频率 96
6.2.2轴承刚度变化引起的振动 97
6.2.3滚动轴承元件的固有频率 98
6.3滚动轴承的典型故障特征 98
6.3.1疲劳剥落损伤 98
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诊断方法 102
6.4.1振幅监测法 102
6.4.2冲击脉冲法 103
6.4.3共振解调法 104
6.4.4频谱分析法 105
6.5滚动轴承的故障诊断实例分析 107
6.5.1用冲击脉冲法诊断滚动轴承故障 107
6.5.2冲击脉冲法在离心泵电机轴承故障诊断中的应用 107
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 109
6.5.4倒频谱分析在鞍钢线材厂设备滚动轴承故障诊断中的应用实例 110
6.5.5时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用 113
6.5.6小波变换在滚动轴承故障分析中的应用 115
第7章 齿轮的故障诊断及实例解析 117
7.1齿轮的失效形式和原因 117
7.1.1齿轮的常见故障 117
7.1.2齿轮故障的原因 118
7.2齿轮副运动特点及振动机理 119
7.3齿轮故障的频谱特征信息 121
7.4齿轮故障的监测与诊断方法 125
7.4.1时域平均法 125
7.4.2故障齿轮的时域波形特征和频域波形特征 125
7.4.3边频带分析 127
7.4.4倒频谱分析 128
7.4.5 Hilbert解调法 129
7.5齿轮故障诊断实例分析 129
7.5.1边频带分析在齿轮故障诊断中的应用 129
7.5.2大庆炼化增压鼓风机增速箱振动故障的频谱分析 130
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 133
7.5.4基于细化谱分析的车床齿轮故障诊断 133
7.5.5基于Hilbert解调技术的重载汽车齿轮箱故障诊断 135
7.5.6基于EMD的空分机齿轮箱故障诊断 137
第8章 旋转机械的故障诊断及实例解析 139
8.1旋转机械及其故障分类 139
8.1.1旋转机械的分类 139
8.1.2旋转机械的主要故障类型 139
8.2旋转机械的典型故障的振动机理解析 141
8.2.1转子不平衡故障的振动机理分析 141
8.2.2转子不对中故障振动机理分析 142
8.3旋转机械的典型故障特征 145
8.3.1转子不平衡时的故障特征 145
8.3.2转子不对中时的故障特征 146
8.3.3转子基础松动的故障特征 148
8.3.4转子碰摩故障振动特征 148
8.3.5基础共振时的振动特征 149
8.3.6旋转机械振动特征总结 149
8.4不平衡故障诊断实例解析 150
8.4.1通风电动机组不平衡故障分析研究 150
8.4.2某钢厂转炉煤气引风机设备状态检测 151
8.4.3催化轴流风机叶片断裂不平衡故障的诊断 152
8.4.4基于EMD的转子不平衡振动分析 153
8.5不对中故障诊断实例分析 155
8.5.1离心风机不对中的故障分析 155
8.5.2大型机组不对中的故障诊断 155
8.5.3汽油加氢泵不对中的故障诊断 156
8.5.4汽轮发电机组基础下沉引起的不对中故障分析 157
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 158
8.5.7基于EMD的模拟不对中振动信号时频谱分析 159
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不平衡故障诊断 162
8.6.3基于EMD的烟气轮机动静摩擦故障诊断 163
第9章 滑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滑动轴承常见故障的原因和防治措施 165
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油膜振荡特征及诊断 171
9.3.3油膜振荡的防治措施 173
9.4滑动轴承故障诊断实例 174
9.4.1透平鼓风机油膜涡动的故障诊断 174
9.4.2离心压缩机油膜涡动故障原因分析及治理 175
9.4.3超超临界1000MW机组油膜涡动故障分析和处理 175
9.4.4牡二电厂200MW机组油膜振荡故障诊断及处理 178
9.4.5离心压缩机油膜振荡的诊断 179
9.4.6基于EMD和HT的旋转机械油膜涡动信号分析 181
参考文献 183