《机电设备故障诊断与维修》课程教学大纲 课程中文名称：机电设备故障诊断与维修 课程英文名称：Failure and Diagnosis of Mechatronics Equipments 课程编号：ZH155403 课程类型：专业核心课 学时：总学时72（分理论和学生实践两部分组成） 学分：4 适用对像：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：机械原理，机械制造技术，传感器与测量技术，微机原理，电工电子 课程简介： 现代化设备具有机电一体化、高速化、自动化等特点，而其故障诊断和维修则显得 较为繁杂和困难。尤其是连续生产的装置和生产线，一旦设备故障引发整套装置或整条 生产线停机，则会造成巨大的经济损失，甚至会危及人的生命安全和污染环境。因此， 加强设备的现代化管理，提高技术人员对设备故障诊断和维修的技术水平，越来越显得 重要和紧迫。本课程是机械电子工程专业（本科）和机电技术教有专业（本科）的专业 核心课。它研究机电设备故障诊断技术，包括机电设备故障诊断技术的基本概念、机械 物理信号分析基础、机械状态识别方法、机械零件的失效形式等设备诊断原理和常用技 术，典型设备和主要传动部件等的故障诊断技术。 一、教学目标及任务 培养具有较强的数字化设计，数控设备、柔性加工系统等机电一体化产品操作、调 试、诊断、维护等实际操作技能。使学生具备运用现代技术手段测试机电参数、合理运 用机电设备的能力。具有机电一体化产品的设计开发、运用、故障诊断与维护能力。针 对现代生产对设备的安全运行提出越来越高的要求，变传统的定时维修为视情维修，提 高设备的运转率，降低维修费用，并且可预防重大事故的发生。初步培养学生综合应用 所学知识对机械设备进行状态监测与故障诊断的一门技术课
《机电设备故障诊断与维修》课程教学大纲 课程中文名称：机电设备故障诊断与维修 课程英文名称： Failure and Diagnosis of Mechatronics Equipments 课程编号：ZH155403 课程类型：专业核心课 学 时：总学时 72（分理论和学生实践两部分组成） 学 分：4 适用对象：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：机械原理，机械制造技术，传感器与测量技术，微机原理，电工电子 课程简介： 现代化设备具有机电一体化、高速化、自动化等特点，而其故障诊断和维修则显得 较为繁杂和困难。尤其是连续生产的装置和生产线，一旦设备故障引发整套装置或整条 生产线停机，则会造成巨大的经济损失，甚至会危及人的生命安全和污染环境。因此， 加强设备的现代化管理，提高技术人员对设备故障诊断和维修的技术水平，越来越显得 重要和紧迫。本课程是机械电子工程专业（本科）和机电技术教育专业（本科）的专业 核心课。它研究机电设备故障诊断技术，包括机电设备故障诊断技术的基本概念、机械 物理信号分析基础、机械状态识别方法、机械零件的失效形式等设备诊断原理和常用技 术，典型设备和主要传动部件等的故障诊断技术。 一、教学目标及任务 培养具有较强的数字化设计，数控设备、柔性加工系统等机电一体化产品操作、调 试、诊断、维护等实际操作技能。使学生具备运用现代技术手段测试机电参数、合理运 用机电设备的能力。具有机电一体化产品的设计开发、运用、故障诊断与维护能力。针 对现代生产对设备的安全运行提出越来越高的要求，变传统的定时维修为视情维修，提 高设备的运转率，降低维修费用，并且可预防重大事故的发生。初步培养学生综合应用 所学知识对机械设备进行状态监测与故障诊断的一门技术课
二、学时分配 章 节 学时 序号 课堂教学内容 学生实贱内容 教学 实践 设备的寿命及劣化曲线 机电设备的故障诊断方法讨论 1 设备状态信号的物理表现 信号的表示方式讨论 1.5 0.5 2 机械振动及信号 简谐振动振幅、须率测量 1 1 常用传感器 传感器原理描述与实物认识 1 监测与诊断系统的组成（传感器安装） 传感器安装方法一贴应变片 1.5 0.5 时域信号 机械振动系统正弦扫频测试 0.5 1.5 信号时域特征 均方值、有效值 均方值、有效值测量 0.5 1.5 峭度指标 峭度指标测量 0.5 1.5 频域特征提取方法 振动系统李萨有图测量 1 1 周期信号与非周期 信号频域特征 周期信号频谱 信县 混频与采样定理 不同采样频率下的采样结果比较 1.5 0.5 各阶固有频率 自由度及多自由度系统的各阶固 频率和主振型测量 信号特征的图像表 示 时间历程频谐图 时间历程的频谱图像表示—三维瀑布图 轴心轨迹空间图 轴心轨迹的空间图像表示（三维全息图） 设备状态诊断标准 设备诊断标准讨论 设备劣化趋势 设备劣化趋势讨论 旋转机械故障诊断 转子不平衡故障信号测量、比对 转轴弯曲故障 转轴弯曲信号测量、分析 轴松动和不对中故障诊断 轴松动和不对中信号测量 碰摩和喘振故障分析 碰摩和喘振故障信号采集、分析 滚动轴承的失效形式 滚动轴承的失效形式讨论 滚动轴承故障诊断 多自由度系统的强迫、衰减振动的幅 频特性、固有频率测量 数控系统参数设 参数传输方法 机床参数传输 定、 CNC参数意义 机床CNC参数的设定
二、学时分配 序号 章 节 学时 课堂教学内容 学生实践内容 教学 实践 1 设备的寿命及劣化曲线 机电设备的故障诊断方法讨论 1 1 2 设备状态信号的物理表现 信号的表示方式讨论 1.5 0.5 机械振动及信号 简谐振动振幅、频率测量 1 1 3 常用传感器 传感器原理描述与实物认识 1 1 监测与诊断系统的组成（传感器安装） 传感器安装方法----贴应变片 1.5 0.5 4 信号时域特征 时域信号 机械振动系统正弦扫频测试 0.5 1.5 均方值、有效值 均方值、有效值测量 0.5 1.5 峭度指标 峭度指标测量 0.5 1.5 信号频域特征 频域特征提取方法 振动系统李萨育图测量 1 1 周期信号与非周期 信号 周期信号频谱 1 1 混频与采样定理 不同采样频率下的采样结果比较 1.5 0.5 信号特征的图像表 示 各阶固有频率 二自由度及多自由度系统的各阶固有 频率和主振型测量 1 1 时间历程频谱图 时间历程的频谱图像表示——三维瀑布图 1 1 轴心轨迹空间图 轴心轨迹的空间图像表示（三维全息图） 1 1 5 设备状态诊断标准 设备诊断标准讨论 1 1 设备劣化趋势 设备劣化趋势讨论 1 1 6 旋转机械故障诊断 转子不平衡故障信号测量、比对 1 1 转轴弯曲故障 转轴弯曲信号测量、分析 1 1 轴松动和不对中故障诊断 轴松动和不对中信号测量 1 1 碰摩和喘振故障分析 碰摩和喘振故障信号采集、分析 1 1 7 滚动轴承的失效形式 滚动轴承的失效形式讨论 1 1 滚动轴承故障诊断 多自由度系统的强迫、衰减振动的幅 频特性、固有频率测量 1 1 8 数控系 统参 数设 定、 参数传输方法 机床参数传输 1 1 CNC 参数意义 机床 CNC 参数的设定 1 1
PLC参数意义 机床PLC参数设定 11 续前表 章 节 学时 序号 课堂教学内容 学生实贱内容 教学 实贱 数控机床电路、根 维修工具使用 万用表、摇表、电格铁等维修工具使用 1 1 据电路进行故障分控制电路绘制方法 *数控系统控制用电路图绘制 0.5 1.5 弱电电路绘制 *低压电器图绘制与分析 0.5 1.5 生产线机械系统 柔性生产线系统机械调试 生产线安装调试与 串行通讯 用串行数据线对柔性生产线传程序 1 1 9 维修 生产线电路系统 ◆柔性生产线电路图绘制 1.5 0.5 生产线程序控制 柔性生产线PLC程序控制 加工误差来源 误差源诊断与分析 设备安装 设备安装地基、初定位调水平等 0.5 10 设备状态调 间隙的产生 间隙调整 设备的日常保养 保养设备 备注：带星号““的项目，如果随堂无法完成，由学生课后完成。 三、教学手段与方式 传统的教学方法大多集中于理论教学，注重的是学科体系的完整性。而随着科技发 展，知识总量呈爆炸式增加，人类的工作和科技活动分工更加细化，对于工程技术人员 来说，更重要不再是知识的完整性，而是应用已经成熟的技术动手解决工程实际问题的 能力。本课程具有实践性较强的特点，为提高工程教育水平，需要改变传统的教学模式。 1)教学做一体化：采用以学生为主体、以教师为辅助的探索式教学，减少枯燥繁 琐的理论讲解，提高学生动手实践的比例，充分发挥教师的引领作用，增强学生自主学 习的兴趣。 2)教学内容组织：增大实践教学内容，理论教学和学生实践内容各占大约50%左 右，将常规的实验教学分散对应于理论教学中的知识点，使学生及时将所学理论应用于 解决问题。 3)教学方法组织：小班授课，探索式教学，即老师每节课提出一个问题，给与适 当讲解后鼓励学生参与讨论，在教师的带领下进行动手操作，最后老师给予归纳和总结
PLC 参数意义 机床 PLC 参数设定 1 1 续前表 序号 章 节 学时 课堂教学内容 学生实践内容 教学 实践 8 数控机床电路、根 据电路进行故障分 析 维修工具使用 万用表、摇表、电烙铁等维修工具使用 1 1 控制电路绘制方法 *数控系统控制用电路图绘制 0.5 1.5 弱电电路绘制 *低压电器图绘制与分析 0.5 1.5 9 生产线安装调试与 维修 生产线机械系统 柔性生产线系统机械调试 1 1 串行通讯 用串行数据线对柔性生产线传程序 1 1 生产线电路系统 *柔性生产线电路图绘制 1.5 0.5 生产线程序控制 柔性生产线 PLC 程序控制 1 1 10 设备状态调整 加工误差来源 误差源诊断与分析 1 1 设备安装 设备安装地基、初定位调水平等 1.5 0.5 间隙的产生 间隙调整 1 1 设备的日常保养 保养设备 1 1 备注： 带星号“*”的项目，如果随堂无法完成，由学生课后完成。 三、教学手段与方式 传统的教学方法大多集中于理论教学，注重的是学科体系的完整性。而随着科技发 展，知识总量呈爆炸式增加，人类的工作和科技活动分工更加细化，对于工程技术人员 来说，更重要不再是知识的完整性，而是应用已经成熟的技术动手解决工程实际问题的 能力。本课程具有实践性较强的特点，为提高工程教育水平，需要改变传统的教学模式。 1）教学做一体化：采用以学生为主体、以教师为辅助的探索式教学，减少枯燥繁 琐的理论讲解，提高学生动手实践的比例，充分发挥教师的引领作用，增强学生自主学 习的兴趣。 2）教学内容组织：增大实践教学内容，理论教学和学生实践内容各占大约 50%左 右，将常规的实验教学分散对应于理论教学中的知识点，使学生及时将所学理论应用于 解决问题。 3）教学方法组织：小班授课，探索式教学，即老师每节课提出一个问题，给与适 当讲解后鼓励学生参与讨论，在教师的带领下进行动手操作，最后老师给予归纳和总结
概况起来就是，主要教学手段采用多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学 习部分采用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要 求，以一个典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具 体教学过程中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、 学生做的内容，在此基础上综合运用知识进行工程问题的解决，完成一个或多个典型机 电设备故障的诊断与排除。 四、课程内容体系 本课程是实践性比较强的一门技术课程，体现新技术、新方法：理论和实践相结合， 即培养学生具有扎实的理论知识，又要有较强的动手能力和实践技术，提高学生的创新 思维和综合应用能力，培养学生的工程应用能力。本课程的教学目的是让学生了解机电 设备状态监测与故障诊断的意义、发展和基本理论：熟悉信号分析、数据采集与信号处 理及常用传感器的理论基础：掌握工程信号的类别及其基本特点、掌握频谱分析与数字 信号分析的基本方法。掌握机械零件的失效形式等设备诊断原理和常用技术，掌握常用 诊断仪器系统的使用方法，能对典型设备和主要传动部件开展故障诊断工作。掌握旋转 机械、齿轮和滚动轴承的振动诊断技术：了解掌握铁谱技术与监测诊断应用、红外技术 与监测诊断应用以及设备故障诊断专家系统原理；通过对典型设备故障的实例分析，加 深对物理概念的理解，进一步了解故障诊断方法的工程应用，对一般设备故障能提出诊 断策略和方法，并对故障的部位和原因能做出初步的分析，为提高设备维护管理水平打 下良好的基础。 五、教学评价与考核： 1)考核方式：平时考勤和大作业40%，实践动手和创新30%，期末理论考试30%， 教：平时20%考勤+10%大作业，以大作业或论文的形式提供，装订成册：做：提出创 新问题，做出一定的实验结果，能解决一定的实际工程问题等作为考核指标，考核形式 以，实验报告，产品或结果和实验现场考核的形式进行，其中完成实验结果占成绩的 30%,有创新性的再加10%，实验报告和创新性实验考核结果装订成册：期末考试：理 论考试试卷占30%，理论试卷装订成册。规定相同格式的纸张。（实践动手成绩根据每 次学生参与讨论、动手结果直接按五级分制给出成绩，期末进行折算汇总平均：理论考 试按照百分制试卷考核，最后折算为五级分制) 2)学生成绩评定：按照五级分制一优秀、良好、中等、及格和不及格
概况起来就是，主要教学手段采用多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学 习部分采用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要 求，以一个典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具 体教学过程中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、 学生做的内容，在此基础上综合运用知识进行工程问题的解决，完成一个或多个典型机 电设备故障的诊断与排除。 四、课程内容体系 本课程是实践性比较强的一门技术课程，体现新技术、新方法；理论和实践相结合， 即培养学生具有扎实的理论知识，又要有较强的动手能力和实践技术，提高学生的创新 思维和综合应用能力，培养学生的工程应用能力。本课程的教学目的是让学生了解机电 设备状态监测与故障诊断的意义、发展和基本理论；熟悉信号分析、数据采集与信号处 理及常用传感器的理论基础；掌握工程信号的类别及其基本特点、掌握频谱分析与数字 信号分析的基本方法。掌握机械零件的失效形式等设备诊断原理和常用技术，掌握常用 诊断仪器系统的使用方法，能对典型设备和主要传动部件开展故障诊断工作。掌握旋转 机械、齿轮和滚动轴承的振动诊断技术；了解掌握铁谱技术与监测诊断应用、红外技术 与监测诊断应用以及设备故障诊断专家系统原理；通过对典型设备故障的实例分析，加 深对物理概念的理解，进一步了解故障诊断方法的工程应用，对一般设备故障能提出诊 断策略和方法，并对故障的部位和原因能做出初步的分析，为提高设备维护管理水平打 下良好的基础。 五、教学评价与考核： 1）考核方式：平时考勤和大作业 40%，实践动手和创新 30%，期末理论考试 30%， 教：平时 20%考勤+10%大作业，以大作业或论文的形式提供，装订成册；做：提出创 新问题，做出一定的实验结果，能解决一定的实际工程问题等作为考核指标，考核形式 以，实验报告，产品或结果和实验现场考核的形式进行，其中完成实验结果占成绩的 30%，有创新性的再加 10%，实验报告和创新性实验考核结果装订成册；期末考试：理 论考试试卷占 30%，理论试卷装订成册。规定相同格式的纸张。（实践动手成绩根据每 次学生参与讨论、动手结果直接按五级分制给出成绩，期末进行折算汇总平均；理论考 试按照百分制试卷考核，最后折算为五级分制） 2）学生成绩评定：按照五级分制——优秀、良好、中等、及格和不及格
考核成绩表 姓名 班级 学号 专业 单项成绩 考核类别 序号 考核内容 考核方式 权重 考核结果 (百分制) 1 总论 小论文 0.05 2 设计问题的 设计任务书和 描述与解决 典型机电产品 0.1 故障排除方案 3 固有频率测 悬臂梁固有频 0.2 定 率测试 形成性评价 4 旋转设备故轴不对中故障 障诊断 排除 a 5 综合设备故 数控机床故障 0.30 障诊断(1) 诊断 6 综合设备故柔性生产线设 0.15 障诊断(1)备故障诊断 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核（闭卷考试） 最终成绩（过程考核成绩占70%，期末考核成绩占30%） 六、教学团队 本课程教学团队由专职教师5名，高级职称1人，中级职称2人，初级职称2人， 博士学位2人，硕士学位3人，教学团队年龄结构、职称结构合理，团队成员热爱本科 教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班学生数不超过35人
考核成绩表 姓 名 班 级 学 号 专 业 考核类别 序号 考 核 内 容 考核方式 单项成绩 （百分制） 权重 考核结果 形成性评价 1 总论 小论文 0.05 2 设计问题的 描述与解决 设计任务书和 典型机电产品 故障排除方案 0.1 3 固有频率测 定 悬臂梁固有频 率测试 0.2 4 旋转设备故 障诊断 轴不对中故障 排除 0.2 5 综合设备故 障诊断（1） 数控机床故障 诊断 0.30 6 综合设备故 障诊断（1） 柔性生产线设 备故障诊断 0.15 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核（闭卷考试） 最终成绩（过程考核成绩占 70%，期末考核成绩占 30%） 六、教学团队 本课程教学团队由专职教师 5 名，高级职称 1 人，中级职称 2 人，初级职称 2 人， 博士学位 2 人，硕士学位 3 人，教学团队年龄结构、职称结构合理，团队成员热爱本科 教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班学生数不超过 35 人
八、教学内容及教学要求 章节（内容） 学时 创（新思维） 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 考核方式方法 1.1第一节 1.1.1故降诊断的概念 机电设备的故障诊断使用课程学习的方法 能够根根实际故 针对一个典型机申出 设备的寿命 112机电设备故障诊断技术的发展 方法讨论 分析常见设备的诊断 障提出排查的方 品的故障，写一篇小论 及劣化曲线 1.1.3现代设备故障诊断 步骤 法。 文，能够草握机电设备常 121设各的赛命及劣化曲线 用的故障诊断方法，会用 第一章12第二节 2 12.2设备故障诊断的内容 设备劣化曲线分析设各 绪论 故降诊断的 1.2.3设备故障诊断的基本方法 状态，给总分的30%， 内容，故障 根据实际故障提出故鸭 诊断的基本 排查解决的方法再加总 方法 分的10%，小论文成绩 总成绩的5%」 2.11信号的分类 学习机械产品振动的 信号的表示方法 启发学生分析机 能够攀握信号的常用 2.1机械振 2.1.2机械振动的类型 分类和特点，重点机 讨论(0.5学时) 械振动的类型与 表示方法能提出创新性 动基础 213振动的持点 械振动与设备信号之 表理形式.使用示而颗分别给草分的3% 间的关系。 波婴易示信号的 和40%成绩：会用设备测 第二章 波形 量出简谐振动振幅、 机械振 2.21指动信号的方程 了解机械设备的振 简诺振动振幅、频针对典型机电设率，给总分的30%，能根 动及信 2.2.2信号的时域描述 动，掌握设备振动与 幸测量(1学时) 备的振动，由学生 据实际提出创新性的问 2.2根动信号 2.2.3信号的频域描述 设备信号特征之间的 进行测量并分析 题再加总分的10%.其占 的描述 关系。 波形的含义 总成绩的10% 2 2.3设备状态 2.2.4典型信号的频谱变换和波形 信号的物理 表现
八、教学内容及教学要求 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第 一 章 绪论 1.1 第一节 设备的寿命 及劣化曲线 2 1.1.1 故障诊断的概念 机电设备的故障诊断 方法讨论 使用课程学习的方法 分析常见设备的诊断 步骤 能够根据实际故 障提出排查的方 法。 针对一个典型机电产 品的故障，撰写一篇小论 文，能够掌握机电设备常 用的故障诊断方法，会用 设备劣化曲线分析设备 状态，给总分的 30%，能 根据实际故障提出故障 排查解决的方法再加总 分的 10%，小论文成绩占 总成绩的 5%。 1.1.2 机电设备故障诊断技术的发展 1.1.3 现代设备故障诊断 1.2 第二节 故障诊断的 内容，故障 诊断的基本 方法 1.2.1 设备的寿命及劣化曲线 1.2.2 设备故障诊断的内容 1.2.3 设备故障诊断的基本方法 第二章 机械振 动及信 号 2.1 机械振 动基础 2 2.1.1 信号的分类 学习机械产品振动的 分类和特点， 重点机 械振动与设备信号之 间的关系。 信号的表示方法 讨论（0.5 学时） 启发学生分析机 械振动的类型与 表现形式，使用示 波器显示信号的 波形 能够掌握信号的常用 表示方法能提出创新性 问题分别给总分的 30% 和 40%成绩；会用设备测 量出简谐振动振幅、频 率，给总分的 30%，能根 据实际提出创新性的问 题再加总分的 10%。其占 总成绩的 10% 2.1.2 机械振动的类型 2.1.3 振动的特点 2.2振动信号 的描述 2 2.2.1 振动信号的方程 了 解 机械 设 备的 振 动，掌握设备振动与 设备信号特征之间的 关系。 简谐振动振幅、频 率测量（1 学时） 针对典型机电设 备的振动，由学生 进行测量并分析 波形的含义 2.2.2 信号的时域描述 2.2.3 信号的频域描述 2.3设备状态 信号的物理 表现 2.2.4 典型信号的频谱变换和波形
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 3.1加速 3.1.1加速度传感器结构 学习加速度传感器、速度传感 传感器原理描述与实 1)了解常用的传感 度传感 与工作原理 器、电涡流传感器的结构，了 物认识，为后续传感 器，包括原理、结构和功 器、速度 3.1.2速度传感器与电涡 解各自的工作原理以及在设 器的使用做好准备。 能30%，能够从网上查到 传感器、 流传感器的结构与工作 备检测中的重要作用 主要仪器设备：振动 常用传感器和与之对应 电涡流传 原理 实验台 的图片再加10%成绩。 感器 2)掌握应变片的结构 3.2结构 3.2.1振动测试的目的与 理解各种传感器的结构 传感器安装方法 和原理给30%成绩，能根 的激振方 方法 和工作原理，了解噪声的抗干 贴应变片(0.5学时) 据要求正确的贴应变片 第三章 法 3.2.2单自由度系统的受 扰技术，学握监测与诊断系统 实验内容及教学要 传感器再加总分的10% 振动信 迫振动 的组成。 求：了解传感器的常 号测取 见安装方法，能够贴 技术 应变片传感器。 3.3传感 3.3.1传感器的选用 在分析常用传感器的基础上， 1、传感器的常见安 怎样判断传感器 器的校准 33.2测量条件，传感器的 重点掌握传感器的选用方法 装方法 的好坏，怎样在实 与选用 使用条件 使用条件、场合，以便在实际 2、贴应变片 际中选择传感器 3.4传感 3.4.1检测与传感器 工程中正确的选择传感器，更 主要仪器设备：力学 如何实现传感器 器的校准 3.4.2传感器的分类 好的使用传感器进行测量。 实验台 的安装和保养 与选用信 3.4.3传感器的基本特性 号预处理 传感器的发展方向 3.5传感 3.5.1传感器的校准 学习传感器的校准意义、方 如何根据现有的 器的校准 3.52干扰的类型及产生 法，测试过程中信号抗干扰的 传感器对其进行 与选用， 手段，AD转换的方式 校准？信号传输 时怎样抗干扰？ 传输中的 3.5.3干扰信号的耦合方 试用电阻应变片 抗干扰技 式，AD转换的方式 设计一个电子秤 术，AD 转换
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第三章 振动信 号测取 技术 3.1 加 速 度传感 器、速度 传感器、 电涡流传 感器 2 3.1.1 加速度传感器结构 与工作原理 学习加速度传感器、速度传感 器、电涡流传感器的结构，了 解各自的工作原理以及在设 备检测中的重要作用 传感器原理描述与实 物认识，为后续传感 器的使用做好准备。 主要仪器设备：振动 实验台 1）了解常用的传感 器，包括原理、结构和功 能 30%，能够从网上查到 常用传感器和与之对应 的图片再加 10%成绩。 2）掌握应变片的结构 和原理给 30%成绩，能根 据要求正确的贴应变片 传感器再加总分的 10%。 3.1.2 速度传感器与电涡 流传感器的结构与工作 原理 3.2 结 构 的激振方 法 3.2.1 振动测试的目的与 方法 理解各种传感器的结构 和工作原理，了解噪声的抗干 扰技术，掌握监测与诊断系统 的组成。 传感器安装方法---- 贴应变片（0.5 学时） 实 验 内容 及教 学 要 求：了解传感器的常 见安装方法，能够贴 应变片传感器。 1、传感器的常见安 装方法 2、贴应变片 主要仪器设备：力学 实验台 3.2.2 单自由度系统的受 迫振动 3.3 传 感 器的校准 与选用 3.3.1 传感器的选用 在分析常用传感器的基础上， 重点掌握传感器的选用方法， 使用条件、场合，以便在实际 工程中正确的选择传感器，更 好的使用传感器进行测量。 怎样判断传感器 的好坏，怎样在实 际中选择传感器 3.3.2 测量条件，传感器的 使用条件 3.4 传 感 器的校准 与选用信 号预处理 3.4.1 检测与传感器 如何实现传感器 3.4.2 传感器的分类 的安装和保养 3.4.3 传感器的基本特性， 传感器的发展方向 3.5 传 感 器的校准 与选用， 传输中的 抗干扰技 术 ， A/D 转换 3.5.1 传感器的校准 学习传感器的校准意义、方 法，测试过程中信号抗干扰的 手段，A/D 转换的方式 如何根据现有的 传感器对其进行 校准？信号传输 时怎样抗干扰？ 试用电阻应变片 设计一个电子秤 2 3.5.2 干扰的类型及产生 3.5.3 干扰信号的耦合方 式，A/D 转换的方式
续表 章节（内容） 学时 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 分配 第三章 3.6监测 3.6.1数字信号处理的主 学习信号采集与分析系统的 能够根据已有的设备 如何调试测控系 振动信 与诊断系 要研究内容 组成，了解各个组成部分的结 进行测试分析系统的 统，如何分析测控 号测取 统的组成 3.6.2虚拟仪器技术及其 构和功能 搭建、调试 系统的误差与稳 技术 与工作程 使用 定性 序 4.1.1平均值、均方值、有 以典型的机械振动现象为分轴弯曲的振动测试与 能否通过时域信 了解振动信号的测量方 效值、峰值、峰值指标 析对象，对振动信号进行测 分析 号的分析，判断设 4.1信号 法，掌握使用不同测量信 时域特征 6 4.12脉冲指标、裕度指 量，观察信号的典型特征，在 备运行的状态，通 号结果的方法30%，能够 标 时域内对振动的特征进行表 过哪些指标进行 针对一个实际物体进行 第四章 4.1.3歪度指标、峭度指标 述 衡量 测量和分析再加10%成 信号特 4.2.1颍域分析与时域信 学习频域信号表示的原理和 1)机械振动系统固有颍率测量（正弦扫频） 征提取 号的关系 绩，将实际测量和分析结 方法，能够对周期信号和非周 实践(1.5学时)2)均方值、有效值测虽 信 4.2.2周期信号与非周期 期信号进行频域表示和分析， (1.5学时)3)峭度指标测量(1.5学时) 果要写到实验报告上。 号分析 信号的频谱 对常用窗函数的作用进行分 4)机械振动系统固有频率测量（李萨育图） 技术 4.2信号 特征的频 4.23截断、泄露与窗函 析，理解什么是栅栏效应 实践(1学时)5)周期信号频谱(1学时》 域提取方 6 数、频混和采样定理、量 6)不同采样频率下的采样结果比较(0.5 法 化误差和栅栏效应 学时)7)二自由度及多自由度系统各阶固 有频率和主振型测量(1学时)8)时间历 程的频谱图像表示 一-三维瀑布图(1学 时)9)轴心轨迹的空间图像表示（三维全 息图)(1学时) 4.3信号6 4.3.1统计指标图像表示 学习信号的图像表示方法，并 实际测试设备的信号 三维瀑布图、三维 特征的图 4.3.2频谱的图像表示 用测控分析系统进行实际测 并用图像进行表示 全息图的优点：怎 像表示 4.3.3三维瀑布图 试 样通过图像分析 4.3.4三维全息图 设备的状态
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第三章 振动信 号测取 技术 3.6 监 测 与诊断系 统的组成 与工作程 序 3.6.1 数字信号处理的主 要研究内容 学习信号采集与分析系统的 组成，了解各个组成部分的结 构和功能 能够根据已有的设备 进行测试分析系统的 搭建、调试 如何调试测控系 统，如何分析测控 系统的误差与稳 定性 3.6.2 虚拟仪器技术及其 使用 第四章 信号特 征提取 —— 信 号分析 技术 4.1 信 号 时域特征 6 4.1.1 平均值、均方值、有 效值、峰值、峰值指标 以典型的机械振动现象为分 析对象，对振动信号进行测 量，观察信号的典型特征，在 时域内对振动的特征进行表 述 轴弯曲的振动测试与 分析 能否通过时域信 号的分析，判断设 备运行的状态，通 过哪些指标进行 衡量 了解振动信号的测量方 法，掌握使用不同测量信 号结果的方法 30%，能够 针对一个实际物体进行 测量和分析再加 10%成 绩，将实际测量和分析结 果要写到实验报告上。 4.1.2 脉冲指标、裕度指 标 4.1.3 歪度指标、峭度指标 4.2 信 号 特征的频 域提取方 法 6 4.2.1 频域分析与时域信 号的关系 学习频域信号表示的原理和 方法，能够对周期信号和非周 期信号进行频域表示和分析， 对常用窗函数的作用进行分 析，理解什么是栅栏效应 1）机械振动系统固有频率测量（正弦扫频） 实践（1.5 学时）2）均方值、有效值测量 （1.5 学时）3）峭度指标测量（1.5 学时） 4）机械振动系统固有频率测量（李萨育图） 实践（1 学时）5）周期信号频谱（1 学时） 6）不同采样频率下的采样结果比较（0.5 学时）7）二自由度及多自由度系统各阶固 有频率和主振型测量（1 学时）8）时间历 程的频谱图像表示——三维瀑布图（1 学 时）9）轴心轨迹的空间图像表示（三维全 息图）（1 学时） 4.2.2 周期信号与非周期 信号的频谱 4.2.3 截断、泄露与窗函 数、频混和采样定理、量 化误差和栅栏效应 4.3 信 号 特征的图 像表示 6 4.3.1 统计指标图像表示 学习信号的图像表示方法，并 用测控分析系统进行实际测 试 实际测试设备的信号 并用图像进行表示 三维瀑布图、三维 全息图的优点；怎 样通过图像分析 设备的状态。 4.3.2 频谱的图像表示 4.3.3 三维瀑布图 4.3.4 三维全息图
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 5.1.1振动诊断标准的判 能够分小组讨论设备故 5.1设备状态 定参数 了解振动诊断标准的具 设备诊断标准讨论(1 障诊断的标准和趋势分 第五章 2 体指标，状态判定标准的 设备状 诊断标准 5.1.2状态判定标准的分 学时) 析，小组内的小组长（总 分类 态的判 类，振动判定标准介绍 用所学的知识 结发言)和记录员可获 5.2.1状态趋势分析在故 对设备进行故 得40%的成绩，其中的 定与趋 5.2设备状态 障监测预警中的作用 了解怎样用状态趋势分 设备诊断标准与劣化 障早期预警 小组长和记录员由小组 势分析 劣化趋势分 2 析在对设备进行故障早 趋势讨论(1学时) 成员选出，其他成员获 析 5.2.2趋势分析应用方法 期预警 得总分的30%成绩。 占总成绩10% 6.1.1转子特性 6.1旋转机械 6.1.2转子一轴承系统的 振动的动力 2 稳定性 学习转子系统特性，旋转 学特征及信 机械振动的动力学特性 了解转子不平衡等各类 号特点 6.1.3转子的不平衡振动 1)转子不平衡故障信 故障的特性，掌握使用 机理，轴弯曲，不对中 号测量、比对(1学 测量设备测量转子不平 6.2.1案例现象 时) 62不平衡分 6.2.2故障分析与排除方 衡等各类故障的方法并 第六章 析案例 2)转轴弯曲信号测 与理论结果对比给成绩 旋转机 法 量、分析(1学时) 多种故障同时 械故障 63.1案例现象 的30%，能够测量一个 6.3轴弯曲分 3)轴松动和不对中信 出现怎样分 诊断 2 6.3.2故障分析与排除方 实际物体的转子不平衡 析案例 学习旋转轴不平衡、弯 号测量(1学时) 析？ 法 故障等各类故障并分析 4)碰摩和喘振故障信 6.4不对中分 6.4.1案例现象 曲、不对中和碰磨等故障 再加10%成绩，将实际 的具体分析排除方法 号采集、分析(1学 6.4.2故障分析与排除方 测量和分析结果要写到 析案例 法 时) 实验报告上。 6.5.1案例现象 6.5碰摩和喘 2 振分析案例 65.2故障分析与排除方
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第五章 设备状 态的判 定与趋 势分析 5.1 设备状态 诊断标准 2 5.1.1 振动诊断标准的判 定参数 了解振动诊断标准的具 体指标，状态判定标准的 分类 设备诊断标准讨论（1 学时） 用所学 的知识 对设备 进行故 障早期预警 能够分小组讨论设备故 障诊断的标准和趋势分 析，小组内的小组长（总 结发言）和记录员可获 得 40%的成绩，其中的 小组长和记录员由小组 成员选出，其他成员获 得总分的 30%成绩。 占总成绩 10% 5.1.2 状态判定标准的分 类，振动判定标准介绍 5.2 设备状态 劣化趋势分 析 2 5.2.1 状态趋势分析在故 障监测预警中的作用 了解怎样用状态趋势分 析在对设备进行故障早 期预警 设备诊断标准与劣化 趋势讨论（1 学时） 5.2.2 趋势分析应用方法 第六章 旋转机 械故障 诊断 6.1 旋转机械 振动的动力 学特征及信 号特点 2 6.1.1 转子特性 学习转子系统特性，旋转 机械振动的动力学特性 1）转子不平衡故障信 号测量、比对（1 学 时） 2）转轴弯曲信号测 量、分析（1 学时） 3）轴松动和不对中信 号测量（1 学时） 4）碰摩和喘振故障信 号采集、分析（1 学 时） 多种故障同时 出现怎样分 析？ 了解转子不平衡等各类 故障的特性，掌握使用 测量设备测量转子不平 衡等各类故障的方法并 与理论结果对比给成绩 的 30%，能够测量一个 实际物体的转子不平衡 故障等各类故障并分析 再加 10%成绩，将实际 测量和分析结果要写到 实验报告上。 6.1.2 转子一轴承系统的 稳定性 6.1.3 转子的不平衡振动 机理，轴弯曲，不对中 6.2 不平衡分 析案例 2 6.2.1 案例现象 学习旋转轴不平衡、弯 曲、不对中和碰磨等故障 的具体分析排除方法 6.2.2 故障分析与排除方 法 6.3 轴弯曲分 析案例 2 6.3.1 案例现象 6.3.2 故障分析与排除方 法 6.4 不对中分 析案例 2 6.4.1 案例现象 6.4.2 故障分析与排除方 法 6.5 碰摩和喘 振分析案例 2 6.5.1 案例现象 6.5.2 故障分析与排除方 法
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 7.1滚动 7.11疲劳刹落和磨损 滚动轴承的常见故障形式 作业：通过查阅相关 1)能够分小组讨论滚动 轴承、齿 与特征 资料，谈谈轴承的实 轴承的实效形式，小组内 轮的失效 效形式的种类及预防 的小组长（总结发言）和 7.1.2轴承的正常磨损失效 形式 方法。 记录员可获得40%的成 7.2滚动 7.2.1滚动轴承、齿轮的力学 滚动轴承、齿轮的力学模 1)课堂讨论内容：滚 能拓展到其他机 绩，其中的小组长和记录 轴承、齿 模型 型，通过动力学分析，研 动轴承的实效形式讨 电的相关系统或 员由小组成员选出，其他 轮的振动 7.2.2幅值调制与频率调制 究滚动轴承和齿轮的振动 论(1学时) 产品进行故障排 成员获得总分的30%成 第七章 机理与信 机理，学习幅值调制与频 2)多自由度系统的强 除举例或案例分 绩。 滚动轴 号特征 率调制方法 迫、衰减振动的幅频 2)能够对某一设备进行 承、齿轮 特性、固有频率实践 状态监测与故障诊断。要 故障诊 7.3滚动 7.3.1波形分析法，轴心位置 信号的分析方法讲解，特 (1学时) 求学生了解监测系统的 轴承信号 分析 别是频谱分析法 组成及作用，选择监测参 分析方法 7.3.2轨迹分析法，频谱分析 数、监测点，学会仪器设 法 备的安装调试方法，对监 测参数进行初步分析给 74滚动 2 小波分析与传统分析方法如 小波分析方法的实现 30%成绩，能根据该理论 轴承故障 冲击脉冲法，共振解调法，倒 诊断案例 频谱分析技术的比较 分析一个物体的实际设 备的检测和故障诊断并 分析再加总分的10%，将 实际测量和分析结果要 写到实验报告上
续表 章节（内容） 学时 分配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第七章 滚动轴 承、齿轮 故障诊 断 7.1 滚 动 轴承、齿 轮的失效 形式 2 7.1.1 疲劳剥落和磨损 滚动轴承的常见故障形式 与特征 作业：通过查阅相关 资料，谈谈轴承的实 效形式的种类及预防 方法。 1）能够分小组讨论滚动 轴承的实效形式，小组内 的小组长（总结发言）和 记录员可获得 40%的成 绩，其中的小组长和记录 员由小组成员选出，其他 成员获得总分的 30%成 绩。 2）能够对某一设备进行 状态监测与故障诊断。要 求学生了解监测系统的 组成及作用，选择监测参 数、监测点，学会仪器设 备的安装调试方法，对监 测参数进行初步分析给 30%成绩，能根据该理论 分析一个物体的实际设 备的检测和故障诊断并 分析再加总分的 10%，将 实际测量和分析结果要 写到实验报告上。 7.1.2 轴承的正常磨损失效 7.2 滚 动 轴承、齿 轮的振动 机理与信 号特征 7.2.1 滚动轴承、齿轮的力学 模型 滚动轴承、齿轮的力学模 型，通过动力学分析，研 究滚动轴承和齿轮的振动 机理，学习幅值调制与频 率调制方法 1）课堂讨论内容：滚 动轴承的实效形式讨 论（1 学时） 2）多自由度系统的强 迫、衰减振动的幅频 特性、固有频率实践 （1 学时） 能拓展到其他机 电的相关系统或 产品进行故障排 除举例或案例分 析 7.2.2 幅值调制与频率调制 7.3 滚 动 轴承信号 分析方法 2 7.3.1 波形分析法，轴心位置 分析 信号的分析方法讲解，特 别是频谱分析法 7.3.2 轨迹分析法，频谱分析 法 7.4 滚 动 轴承故障 诊断案例 小波分析与传统分析方法如 冲击脉冲法，共振解调法，倒 频谱分析技术的比较 小波分析方法的实现