15.机械振动故障诊断-2017

《机械振动与故障诊断》课程教学大纲
课程代码：010132013
课程英文名称：Mechanical Vibration and Fault Diagnosis
课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0
适用专业：机械设计制造及其自动化专业
大纲编写（修订）时间：2017.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
机械振动与故障诊断是机械设计制造及其自动化专业机械设计方向的专业基础课，是设备现代化管理的重要内容之一。

通过本课程的学习，使学生掌握机械振动与故障诊断的基础知识、基础理论、基本方法以及机械振动与故障诊断在工程领域的应用。

同时，通过一些工程实例的研究，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，并具备从事机械设备状态监测与故障诊断的基本技能。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1．要求掌握机械振动的基本理论知识和分析方法。

2．具有建立典型机械结构的力学模型的能力，并能够确定其边界条件和初始条件。

3．掌握用解决工程实际问题机械振动的能力。

4．掌握机械设备故障诊断技术的基础理论、诊断方法和手段以及旋转机械设备的振动的监诊断技术。

（三）实施说明
1．本课程主要内容：对于单自由度系统，主要研究各种类型振动的特性和响应求解及其参数的确定，并通过一些例子说明振动的应用。

多自由度系统是机械振动的重点，必须给予充分的重视，对于影响系数法，着重于应用其定义建立系统的运动方程。

通过实例讲清计算固有频率的数值方法。

振型正交性要给出完整的证明，要振型叠加法的解题步骤，并通过例子加以说明。

故障诊断技术主要讲述机械设备振动监测以及信号处理的基础理论、诊断方法和手段以及旋转机械设备的振动的监诊断技术。

在教学过程中注意理论与工程实际的相结合，在讲清基本理论的基础上突出工程实际问题应用。

2．教学方法和教学手段：积极开展多媒体教学和实际工程案例教学，充分利用幻灯、投影仪、音像、CAI等现代化教学手段，将该领域的一些科研成果作为案例，在课堂上为学生演示。

以提高课堂效率和教学效果，激发学生的学习兴趣。

3.课外作业，布置一定课外作业，让学生巩固、加深对课堂所学内容的理解，掌握机械振动方法。

4．对学生的要求：基于学业规范的要求（道德行为规范、作业规范、实验规范等）,学生应遵守《沈阳理工大学学生手册（本科生）》中的有关条例，上课时认真听讲，下课有一定时间复习，独立完成作业，做到不迟到、不早退。

5.教师执行本大纲时，应着眼于基本概念和设计方法的讲解，至于各章节的教学顺序，教学环节和教学手段等不完全拘泥于大纲所限，充分发挥教师的能动性、创造性。

（四）对先修课的要求
在学习本课程之前，必须先修完高等数学、线性代数、工程力学、机械设计课程，并达到这
些课程的基本要求。

（五）对习题课、实践环节的要求
根据课程的基本概念，思想和方法应用选择习题。

习题作业要能起到巩固理论、掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题的能力。

学生必须独立、按时完成课外作业。

（六）课程考核方式
1.考核方式：考查。

2.考核目标：通过期末大作业考查学生对基础知识的掌握情况（占作业内容75%）及对知识的综合运用能力（占作业内容25%）。

3.课程总成绩：根据平时成绩（课堂出勤、平时作业、课堂表现）、期末综合作业，给出总评成绩。

平时成绩占30%，期末综合作业成绩占70%。

（七）参考书目
1．《机械振动基础》，胡海岩，北京航空航天大学出版社，2005
2．《机械振动学基础》，张义民，高等教育出版社，2010
3．《机械振动》（上册），清华大学力学系振动组，机械工业出版社，1980
4．《机械状态检测与故障诊断》，张梅军，国防工业出版社，2008
二、中文摘要
《机械振动与故障诊断》是机械设计制造及其自动化专业机械设计方向的专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握机械振动的基本原理、基本方法及机械振动在工程领域的应用。

同时，通过一些工程实例的研究，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分绪论
总学时(单位：学时)：2 讲课:2 实验:0 上机:0
第1.1部分绪论
具体内容：
机械振动的应用，力学模型，振动分类，求解方法。

重点：
力学模型。

难点:
力学模型
第2部分单自由度系统
总学时(单位：学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0
第2.1部分无阻尼自由振动（讲课2学时）
具体内容：
无阻尼自由振动运动方程及其解，静变形法，等效刚度，能量法。

第2.2部分有阻尼自由振动（讲课2学时）
具体内容：
有阻尼自由振动运动方程及其解，对数衰减率。

第2.3部分简谐激励作用下的强迫振动（讲课4学时）
具体内容：
简谐激励作用下的强迫振动，旋转不平衡质量引起的强迫振动，基础运动引起的强迫振动，隔振。

第2.4部分非简谐激励作用下的强迫振动（讲课2学时）
具体内容：
周期激励作用下的强迫振动，非周期激励作用下的强迫振动。

重点：
自由振动、强迫振动和固有频率的计算。

难点：
有阻尼自由振动及非简谐激励下的强迫振动。

习题：
计算系统的固有频率，计算系统的振动响应。

第3部分两个自由度系统
总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0
第3.1部分两自由度系统的运动微分方程（讲课4学时）
具体内容：
运动微分方程, 作用力方程和位移方程。

第3.2部分无阻尼自由振动（讲课2学时）
具体内容：
两自由度系统的特征值问题，无阻尼自由振动。

第3.3部分无阻尼强迫振动（讲课2学时）
具体内容：
无阻尼强迫振动,无阻尼吸振器。

重点：
运动微分方程,特征值计算,无阻尼强迫振动。

难点：
运动微分方程，自由振动和强迫振动的规律。

习题:
列运动微分方程,计算固有频率,自由振动和强迫振动的求解。

第4部分多自由度系统
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第4.1部分无阻尼自由振动和特征值问题（讲课2学时）
具体内容：
无阻尼自由振动和特征值问题。

第4.2部分振型向量正交性和主坐标（讲课2学时）
振型向量正交性和主坐标。

第4.3模态分析法（讲课2学时）
无阻尼系统模态分析法。

重点：
特征向量正交性,模态分析法。

难点:
特征向量正交性,模态分析法。

习题:
求解无阻尼系统的自由振动和强迫振动。

第5部分多自由度系统的数值方法
总学时(单位：学时):1 讲课:1 实验:0 上机:0
第5.1部分计算固有频率的近似方法（讲课1学时）
具体内容：
Rayleigh法，Dunkerley法。

重点：
用数值方法估算系统的固有频率。

难点：
Dunkerley法。

习题:
用 Rayleigh法和Dunkerley法计算固有频率。

第6部分机械设备故障诊断技术概述
总学时(单位：学时):5讲课:5 实验:0 上机:0
第6.1部分机械设备故障的含义、类型；监视诊断技术的发展概述（讲课1学时）具体内容：
机械设备故障诊断技术的发展概述。

第6.2 故障诊断的信号处理方法（讲课1学时）
具体内容：
信号处理基础知识以及旋转机械常用的振动信号处理图形。

第6.3部分振动诊断的判别标准及分析方法（讲课2学时）
具体内容：
振动诊断的判别标准信号以及振动诊断分析方法
第6.4部分典型实例—旋转机械的故障诊断技术（讲课1学时）
具体内容：转子不平衡以及转子不对中故障诊断以及滑动轴承和转子碰磨的故障诊断重点：
旋转机械常用的振动信号处理图形、振动诊断的判别标准信号以及振动诊断分析方法。

难点：
旋转机械常用的振动信号处理图形。

习题:旋转机械的故障类型及其振动特性。