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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FFT56

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