《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