机电设备故障诊断的技术与装置方面的文章和专著，在一些刊物和书籍中已有较多报道。例如《设备故障诊断手册》徐敏等主编，西安交通大学出版社；《机械故障诊断学》曲梁生、何正嘉编著，上海科学技术出版社；《振动、测试与诊断》期刊。
其内容主要是从工程中设备出现的问题着手进行的各种检测和故障分析，或在某种装置上做单一故障诊断实验，能够解决工作现场中设备诊断问题。但是，如果为了培养这方面人员或进行研究试验工作，现场实验环境和条件就显得不够完善。在工业生产的实际环境中，不可能及时的给学员提供设备的各种故障来进行学习和训练，也不允许在生产设备上进行各种研究试验。
试验平台在前期调配阶段可以以虚拟的方式进行模拟构建,在诊断步骤实施之前,预先使用旋转机械故障模拟试验台来进行机电设备和振动能量分布情况的判定。利用机电设备作为诊断模型进行故障诊断时,必须有效区分旋转机械故障模拟试验台和实际情况之间的差异性,并精准选择出检测点。
旋转机械故障诊断的研究对于避免灾难性事故和巨额经济损失具有重要的意义。为了把科研成果移植到实验教学中,本文设计了一个小型的机电设备故障诊断实验系统,目的在于使学生了解旋转机械振动过程中一般会出现的故障、所造成的危害及其诊断的方法。
1 轴不对中实验 1.学习不对中的故障类型2.不对中对振动信号的影响3.不对中的校正常用方法 1 4 讲课 必做
2 转子不平衡实验 1.学习转子不平衡的机理2.转子不平衡对振动信号的影响3.了解转子不平衡的校正方法 1 4 验证 必做
3 机械松动实验 1.学习机械松动的故障现象2.机械松动对振动信号的影响3.机械松动常见类型 1 4 讲课 必做
4 直齿轮箱故障实验 1.齿轮故障的常见类型2.齿轮故障对振动信号的影响 2 4 验证 必做
5 常见类型轴承故障的学习 1.了解轴承构造结构2.了解常见的轴承故障类型3.不同类型的轴承在振动频谱上的振动特征表现 2 4 验证 必做
6 转速与振动的关系实验 1.转速的设置和调整2.转速与设备振动的关联性3.转速和转频的换算以及如何在频谱上体现 1 4 验证 选做
7 摩擦碰摩实验 1. 摩擦故障的振动频谱信号识别2. 摩擦与松动振动频谱分析信号的对比 1 4 验证 选做
8 软脚的发现与校正 实验 1.设备软脚的故障现象识别2.通过振动频谱分析软脚信号特征3.软脚故障处理方法 1 4 验证 选做
9 齿轮润滑状态实验 1.比对齿轮在不同润滑条件下的振动表现2.不同润滑状态对齿轮噪声信号的影响 1 4 验证 选做
10 低速轴承故障检测实验 1.低速轴承振动信号的表现形式2.低速轴承振动分析的检测的方式 1 4 验证 选做
11 故障电机实验 1.故障电机的常见类型2.故障的不同故障的典型频谱特征 1 4 验证 选做
12 联轴器故障实验 1.常见的联轴器的类型2.联轴器的常见故障类型3.联轴器的常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
13 转轴弯曲实验 1.转轴的常见故障类型2.转轴的常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
14 皮带驱动系统实验 1.皮带驱动系统的常见故障类型2.皮带驱动系统常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
15 启停机实验 1.启停机的检测原理2.启停机检测与设备固有频率检测的方法 1 4 验证 选做
工业互联网大数据云在线监测系统实验项目：
序号 实验名称 内容提要 实验学时 每组人数 实验类型 开出要求
1 振动信号采集的基础应用 1.学习振动的基础理论2.如何采集和分析振动信号 1 4 验证 选做
2 振动频谱的初步分析和应用 1.振动信号时域和频域的基础概念2.频谱分析的基本原理3.不同故障类型在频谱特征中的表现形式 1 4 验证 选做
3 初步了解振动分析仪器的基本参数和功能 1.振动分析仪器的发展历史2.振动分析的基本构成3.振动分析仪的基础技术参数4.如何初步使用振动分析仪器 2 4 验证 选做
4 振动传感器位置的最佳选择 不同检测方向对于振动传感器的响应形式。相同故障测试组件不同测点信号的对比总结振动测点的常用最佳传感器布局位置 1 4 验证 选做
5 机械状态监测实践 1. 振动分析仪器的发展历史2. 振动分析的基本构成3. 振动分析仪的基础技术参数4. 如何初步使用振动分析仪器5. 学习振动的基础理论6. 如何采集和分析振动信号7. 振动信号时域和频域的基础概念8. 频谱分析的基本原理9. 不同故障类型在频谱特征中的表现形式 4 4 验证 必做
（二）教学环节安排
（对各种教学环节的安排如：实验、实习、习题课、作业等以及本课程与其他相关课程的联系、分工等作必要说明）
1. 本课程单独设课，包括讲座、预习、实验、课后作业、实验报告撰写等教学环节。
2. 课程安排一次绪论课。绪论课的主要内容是实验室安全、课程安排、学生分组、实验报告撰写、考核办法等。
3. 作为实验课程，出于安全性考虑，学生进实验室进行操作之前，必须认真预习，并结合实验讲义、标准的实验报告模板和相关课程资料撰写预习报告，并回答预备问题。没有预习报告，不得进入实验室操作实验设备。
4. 实验过程中学生按要求进行操作，仔细记录操作过程、测量数据，如实填写实验报告，并进行必要的数据分析。实验完毕，将实验记录交任课教师审核签名，整理好实验仪器方能离开实验室。
5. 学生在整个实验过程要遵守实验室规则，注意安全。
6. 学生需在一个学期内完成由任课教师指定的至少7个实验选题以及自选的1个实验选题并完成实验报告。平均每周完成1个实验，耗时约4小时。
7. 学生完成每个实验之后，都被要求完成一份实验报告，含实验操作过程的数据采集、过程分析、作图、列表、数据处理、思考等内容。学生应按要求认真撰写并按时提交实验报告，不得抄袭。一经发现，将按考试作弊处理，成绩记零分，并上报学院。
（三）教学方法
（包括课堂讲授、提问研讨，课后习题和答疑等情况）
1. 通过实验操作使学生掌握基本设备的使用。
2. 通过上机操作使学生掌握基本实验内容和实验方法。
1. 本课程开通了教学QQ群，教师和学生可借助网络多媒体资源完成课程。
2. 本课程每个实验都有一份实验报告模板，由任课教师在学期初发布。根据实验选题不同，每个模板包含实验目的、仪器设备、相关知识原理、实验步骤、数据记录或数据处理、结论、实验后思考等内容，学生按要求在规定的时间内完成，并提交给任课教师。
3. 本课程实行小班授课制，一位教师固定负责一个班约30人，在助教和实验技术人员协助下完成实验教学，每位教师需辅导本课程安排的所有实验项目。
4. 教师在每次实验前需检查学生的预习报告，并向学生介绍实验所配置仪器的使用方法、编程调试的要点及安全注意事项等。学生实验过程中出现问题时，教师需引导学生去分析问题、解决问题，而不是代替学生完成实验。
（四） 课程教材
1、 主讲教材
自编讲义。
2、辅助教材
（五）主要参考书目
（要求推荐若干参考书，并注明书名、作者、出版社、版本、出版日期等）
1. 《设备振动分析与故障诊断技术》 作者：陈长征 科学出版社 2007-5-1
2. 《设备故障诊断》(普通高等教育十五国家级规划教材) 作者：沈庆根 郑水英 出版：化学工业出版社年代：2009年
3. 《机械设备故障诊断技术及应用》 作者：王江萍 主编 出版社：西北工业大学出版社 出版日期：2001年08月
4. 《机械故障诊断技术》 作者:张键 出版社:机械工业出版社 出版时间:2014年05月
（六）成绩评定方式
本课程考核以平时考核（实验）为主。期末成绩为平时实验的平均分。
实验采用预习、实验操作、实验报告及调研报告等方式，综合评定学生的成绩。预习报告占10%，实验操作占30%，实验报告占60%。
实验成绩按百分制，分为优秀、良好、中等、及格、不及格等5个等级。
故障诊断科学研究方向规划
振动分析技术通过采集旋转机械传动系统中各部件处的振动数据和波形，以振动理论为依据，经过振动频谱分析诊断，可以准确判断出故障点及故障程度，提高工作效率。
振动数据分析主要包括时域、频域、时频域等分析方法。时域信号特征主要有峰值、均值等有量纲参数，峭度、脉冲因数等无量纲参数，以及概率分布特征等。通过时域分析可以判断出旋转机械故障的发展趋势。
为了精确判断故障发生部位、故障程度，需对振动数据进行频域分析。在旋转机械故障的频域分析中，振动信号的频谱图直观的表达出信号中的频率成分以及各频率成分的能量大小。
快速傅里叶变换(FFT)在故障分析领域中起着非常重要的作用，通过杂乱无章的时域波形图变换成直观、有规律的频谱图。在FFT的基础上进行包络分析、共振解调分析等，可实现对旋转机械健康评估与故障诊。
一套完整的故障诊断平台系统，包括仿真实验台、传感系统、数据采集、信号处理、故障诊断等具体模块。该系统将能够实时监测旋转机械的运行状态，对异常数据进行快速处理和分析，准确诊断出故障原因，为维修人员提供及时、准确的故障解决方案。建立一套状态监测系统，对旋转机械的主要部件进行实时监测，及时发现潜在故障，预防性维修，提高设备运行效率。该系统将配备多种传感器和检测设备，能够全面、准确地反映旋转机械的运行状态。
其内容主要是从工程中设备出现的问题着手进行的各种检测和故障分析，或在某种装置上做单一故障诊断实验，能够解决工作现场中设备诊断问题。但是，如果为了培养这方面人员或进行研究试验工作，现场实验环境和条件就显得不够完善。在工业生产的实际环境中，不可能及时的给学员提供设备的各种故障来进行学习和训练，也不允许在生产设备上进行各种研究试验。
试验平台在前期调配阶段可以以虚拟的方式进行模拟构建,在诊断步骤实施之前,预先使用旋转机械故障模拟试验台来进行机电设备和振动能量分布情况的判定。利用机电设备作为诊断模型进行故障诊断时,必须有效区分旋转机械故障模拟试验台和实际情况之间的差异性,并精准选择出检测点。
旋转机械故障诊断的研究对于避免灾难性事故和巨额经济损失具有重要的意义。为了把科研成果移植到实验教学中,本文设计了一个小型的机电设备故障诊断实验系统,目的在于使学生了解旋转机械振动过程中一般会出现的故障、所造成的危害及其诊断的方法。
1 轴不对中实验 1.学习不对中的故障类型2.不对中对振动信号的影响3.不对中的校正常用方法 1 4 讲课 必做
2 转子不平衡实验 1.学习转子不平衡的机理2.转子不平衡对振动信号的影响3.了解转子不平衡的校正方法 1 4 验证 必做
3 机械松动实验 1.学习机械松动的故障现象2.机械松动对振动信号的影响3.机械松动常见类型 1 4 讲课 必做
4 直齿轮箱故障实验 1.齿轮故障的常见类型2.齿轮故障对振动信号的影响 2 4 验证 必做
5 常见类型轴承故障的学习 1.了解轴承构造结构2.了解常见的轴承故障类型3.不同类型的轴承在振动频谱上的振动特征表现 2 4 验证 必做
6 转速与振动的关系实验 1.转速的设置和调整2.转速与设备振动的关联性3.转速和转频的换算以及如何在频谱上体现 1 4 验证 选做
7 摩擦碰摩实验 1. 摩擦故障的振动频谱信号识别2. 摩擦与松动振动频谱分析信号的对比 1 4 验证 选做
8 软脚的发现与校正 实验 1.设备软脚的故障现象识别2.通过振动频谱分析软脚信号特征3.软脚故障处理方法 1 4 验证 选做
9 齿轮润滑状态实验 1.比对齿轮在不同润滑条件下的振动表现2.不同润滑状态对齿轮噪声信号的影响 1 4 验证 选做
10 低速轴承故障检测实验 1.低速轴承振动信号的表现形式2.低速轴承振动分析的检测的方式 1 4 验证 选做
11 故障电机实验 1.故障电机的常见类型2.故障的不同故障的典型频谱特征 1 4 验证 选做
12 联轴器故障实验 1.常见的联轴器的类型2.联轴器的常见故障类型3.联轴器的常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
13 转轴弯曲实验 1.转轴的常见故障类型2.转轴的常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
14 皮带驱动系统实验 1.皮带驱动系统的常见故障类型2.皮带驱动系统常见故障类型的典型频谱特征 1 4 验证 选做
15 启停机实验 1.启停机的检测原理2.启停机检测与设备固有频率检测的方法 1 4 验证 选做
工业互联网大数据云在线监测系统实验项目：
序号 实验名称 内容提要 实验学时 每组人数 实验类型 开出要求
1 振动信号采集的基础应用 1.学习振动的基础理论2.如何采集和分析振动信号 1 4 验证 选做
2 振动频谱的初步分析和应用 1.振动信号时域和频域的基础概念2.频谱分析的基本原理3.不同故障类型在频谱特征中的表现形式 1 4 验证 选做
3 初步了解振动分析仪器的基本参数和功能 1.振动分析仪器的发展历史2.振动分析的基本构成3.振动分析仪的基础技术参数4.如何初步使用振动分析仪器 2 4 验证 选做
4 振动传感器位置的最佳选择 不同检测方向对于振动传感器的响应形式。相同故障测试组件不同测点信号的对比总结振动测点的常用最佳传感器布局位置 1 4 验证 选做
5 机械状态监测实践 1. 振动分析仪器的发展历史2. 振动分析的基本构成3. 振动分析仪的基础技术参数4. 如何初步使用振动分析仪器5. 学习振动的基础理论6. 如何采集和分析振动信号7. 振动信号时域和频域的基础概念8. 频谱分析的基本原理9. 不同故障类型在频谱特征中的表现形式 4 4 验证 必做
（二）教学环节安排
（对各种教学环节的安排如：实验、实习、习题课、作业等以及本课程与其他相关课程的联系、分工等作必要说明）
1. 本课程单独设课，包括讲座、预习、实验、课后作业、实验报告撰写等教学环节。
2. 课程安排一次绪论课。绪论课的主要内容是实验室安全、课程安排、学生分组、实验报告撰写、考核办法等。
3. 作为实验课程，出于安全性考虑，学生进实验室进行操作之前，必须认真预习，并结合实验讲义、标准的实验报告模板和相关课程资料撰写预习报告，并回答预备问题。没有预习报告，不得进入实验室操作实验设备。
4. 实验过程中学生按要求进行操作，仔细记录操作过程、测量数据，如实填写实验报告，并进行必要的数据分析。实验完毕，将实验记录交任课教师审核签名，整理好实验仪器方能离开实验室。
5. 学生在整个实验过程要遵守实验室规则，注意安全。
6. 学生需在一个学期内完成由任课教师指定的至少7个实验选题以及自选的1个实验选题并完成实验报告。平均每周完成1个实验，耗时约4小时。
7. 学生完成每个实验之后，都被要求完成一份实验报告，含实验操作过程的数据采集、过程分析、作图、列表、数据处理、思考等内容。学生应按要求认真撰写并按时提交实验报告，不得抄袭。一经发现，将按考试作弊处理，成绩记零分，并上报学院。
（三）教学方法
（包括课堂讲授、提问研讨，课后习题和答疑等情况）
1. 通过实验操作使学生掌握基本设备的使用。
2. 通过上机操作使学生掌握基本实验内容和实验方法。
1. 本课程开通了教学QQ群，教师和学生可借助网络多媒体资源完成课程。
2. 本课程每个实验都有一份实验报告模板，由任课教师在学期初发布。根据实验选题不同，每个模板包含实验目的、仪器设备、相关知识原理、实验步骤、数据记录或数据处理、结论、实验后思考等内容，学生按要求在规定的时间内完成，并提交给任课教师。
3. 本课程实行小班授课制，一位教师固定负责一个班约30人，在助教和实验技术人员协助下完成实验教学，每位教师需辅导本课程安排的所有实验项目。
4. 教师在每次实验前需检查学生的预习报告，并向学生介绍实验所配置仪器的使用方法、编程调试的要点及安全注意事项等。学生实验过程中出现问题时，教师需引导学生去分析问题、解决问题，而不是代替学生完成实验。
（四） 课程教材
1、 主讲教材
自编讲义。
2、辅助教材
（五）主要参考书目
（要求推荐若干参考书，并注明书名、作者、出版社、版本、出版日期等）
1. 《设备振动分析与故障诊断技术》 作者：陈长征 科学出版社 2007-5-1
2. 《设备故障诊断》(普通高等教育十五国家级规划教材) 作者：沈庆根 郑水英 出版：化学工业出版社年代：2009年
3. 《机械设备故障诊断技术及应用》 作者：王江萍 主编 出版社：西北工业大学出版社 出版日期：2001年08月
4. 《机械故障诊断技术》 作者:张键 出版社:机械工业出版社 出版时间:2014年05月
（六）成绩评定方式
本课程考核以平时考核（实验）为主。期末成绩为平时实验的平均分。
实验采用预习、实验操作、实验报告及调研报告等方式，综合评定学生的成绩。预习报告占10%，实验操作占30%，实验报告占60%。
实验成绩按百分制，分为优秀、良好、中等、及格、不及格等5个等级。
故障诊断科学研究方向规划
振动分析技术通过采集旋转机械传动系统中各部件处的振动数据和波形，以振动理论为依据，经过振动频谱分析诊断，可以准确判断出故障点及故障程度，提高工作效率。
振动数据分析主要包括时域、频域、时频域等分析方法。时域信号特征主要有峰值、均值等有量纲参数，峭度、脉冲因数等无量纲参数，以及概率分布特征等。通过时域分析可以判断出旋转机械故障的发展趋势。
为了精确判断故障发生部位、故障程度，需对振动数据进行频域分析。在旋转机械故障的频域分析中，振动信号的频谱图直观的表达出信号中的频率成分以及各频率成分的能量大小。
快速傅里叶变换(FFT)在故障分析领域中起着非常重要的作用，通过杂乱无章的时域波形图变换成直观、有规律的频谱图。在FFT的基础上进行包络分析、共振解调分析等，可实现对旋转机械健康评估与故障诊。
一套完整的故障诊断平台系统，包括仿真实验台、传感系统、数据采集、信号处理、故障诊断等具体模块。该系统将能够实时监测旋转机械的运行状态，对异常数据进行快速处理和分析，准确诊断出故障原因，为维修人员提供及时、准确的故障解决方案。建立一套状态监测系统，对旋转机械的主要部件进行实时监测，及时发现潜在故障，预防性维修，提高设备运行效率。该系统将配备多种传感器和检测设备，能够全面、准确地反映旋转机械的运行状态。
