机械类专业机械故障诊断综合实验设计与教学探索
机械类毕业设计开题报告
机械类毕业设计开题报告机械类毕业设计开题报告一、选题背景和意义机械工程是一门应用科学，通过设计、制造和维护机械设备来满足人类的需求。
随着科技的不断进步和社会的发展，机械工程在各个领域都发挥着重要作用。
作为机械工程专业的学生，我深知毕业设计的重要性，它是对我们四年学习成果的综合展示，也是我们进一步深入研究机械领域的机会。
本次毕业设计的选题是基于对现实问题的观察和分析而来的。
在日常生活中，我们常常会遇到一些机械设备的故障，比如家用电器的损坏、汽车的故障等。
这些问题给我们的生活带来了很多不便，也造成了资源的浪费。
因此，我决定选择一个与机械设备故障诊断相关的课题，以提高设备的可靠性和使用寿命。
二、研究内容和目标本次毕业设计的研究内容主要包括机械设备故障诊断的理论研究和实际应用。
通过对机械设备故障的分析和诊断，可以找出故障的原因，并采取相应的措施进行修复。
这不仅可以提高设备的可靠性，减少故障发生的概率，还可以延长设备的使用寿命，节约资源。
在研究过程中，我将主要关注以下几个方面：1. 故障诊断方法的研究：对于不同类型的机械设备故障，需要采用不同的诊断方法。
我将研究和比较各种故障诊断方法的优缺点，选择适合特定情况的方法。
2. 故障诊断系统的设计与实现：根据研究结果，我将设计一个故障诊断系统，用于对机械设备进行故障诊断。
该系统将结合传感器技术、数据处理技术和人工智能技术，实现对设备状态的实时监测和分析。
3. 故障诊断实验的设计与实施：为了验证故障诊断系统的有效性，我将设计一系列实验，模拟不同类型的故障情况，并使用故障诊断系统进行诊断。
通过实验结果的分析和比较，评估系统的准确性和可靠性。
三、研究方法和步骤在本次毕业设计中，我将采用以下研究方法和步骤：1. 文献调研：通过查阅相关的文献和资料，了解机械设备故障诊断的研究现状和发展趋势，为后续的研究提供理论基础。
2. 理论研究：在文献调研的基础上，深入研究机械设备故障诊断的原理和方法，掌握常用的故障诊断技术和工具。
基于偏微分方程理论的机械故障诊断技术研究
实时性：基于偏微分方程的机械故 障诊断方法具有较好的实时性，能 够快速响应故障
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可靠性：该方法具有较高的可靠性， 能够避免误诊和漏诊的情况
泛化能力：该方法具有较强的泛化 能力，能够对不同型号、不同工况 的机械进行故障诊断
实例分析
实例选择：选择 具有代表性的机 械故障案例，如 轴承故障、齿轮
基于偏微分方程理论的 机械故障诊断技术研究
汇报人：
目录
添加目录标题
偏微分方程理论概述
01
02
基于偏微分方程的机 械故障诊断方法
03
偏微分方程理论在机械 故障诊断中的挑战与展 望
04
添加章节标题
偏微分方程理论 概述
偏微分方程的基本概念
定义：偏微分方 程是描述数学模 型中变量与时间、 空间相关变化的
故障等。
数据采集：采 集机械运行过 程中的振动、 械故障的 特点，建立描述 故障演变的偏微
分方程。
求解与分析：采 用适当的数值方 法求解偏微分方 程，并对结果进 行解释和讨论。
偏微分方程理论 在机械故障诊断 中的挑战与展望
面临的主要挑战
模型建立：如何建立精确的数学模型描述机械故障与偏微分方程之间的关系 数据获取：获取高质量的机械故障数据用于训练和验证模型 算法优化：提高算法的效率和准确性，以更好地应用于实际机械故障诊断 实时性要求：满足机械故障诊断的实时性要求，快速准确地诊断故障
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汇报人：
未来发展方向与趋势
优化算法：提高故 障诊断的准确性和 效率
深度学习：利用神 经网络等算法进行 故障模式识别
实时监测：实现机 械设备的在线监测 和预警
18级主轴箱课程设计
18级主轴箱课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握主轴箱的基本结构及其在机械系统中的作用，能够描述其功能及工作原理。
2. 使学生理解并掌握主轴箱的装配与调整方法，能够正确识别并使用相关工具。
3. 让学生了解主轴箱的常见故障及其排除方法，能够分析故障原因并提出解决方案。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件绘制主轴箱三维模型的能力，并能够进行简单的设计修改。
2. 提高学生动手操作能力，能够独立完成主轴箱的装配与调整，确保其正常运行。
3. 培养学生运用检测工具对主轴箱进行性能测试，并能够对测试结果进行分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械专业，增强对制造过程的尊重和责任感。
2. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力，养成合作解决问题的良好习惯。
3. 增强学生自信心，敢于面对挑战，勇于克服困难，培养积极向上的学习态度。
课程性质分析：本课程为机械专业核心课程，旨在培养学生具备主轴箱设计与装配的实践能力，为后续专业课程学习奠定基础。
学生特点分析：18级学生已具备一定的机械基础知识和技能，具备一定的自主学习能力，但对复杂机械结构的理解和实际操作能力仍有待提高。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 注重启发式教学，引导学生主动思考，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
3. 强化过程评价，关注学生学习过程中的表现，及时给予指导和鼓励，提高学生的自信心和积极性。
二、教学内容1. 主轴箱结构原理- 介绍主轴箱的基本结构，包括主轴、轴承、齿轮等组成部分。
- 讲解主轴箱在机械系统中的作用，工作原理及其性能要求。
2. 主轴箱设计与绘图- 教授CAD软件的基本操作，指导学生绘制主轴箱三维模型。
- 分析主轴箱设计要点，指导学生进行设计修改，提高设计能力。
3. 主轴箱装配与调整- 讲解主轴箱装配流程，包括工具选择、装配顺序及注意事项。
- 指导学生进行主轴箱的装配与调整，确保其正常运行。
机械集中实践教学目录(3篇)
第1篇一、课程简介机械集中实践教学是机械类专业的核心课程之一，旨在通过实际操作和工程实践，培养学生的动手能力、创新能力和团队合作精神。
本课程以机械设计、制造、检测、维修等环节为实践内容，让学生在掌握理论知识的基础上，提高实际操作技能。
二、实践教学目录1. 机械基础实践（1）金属工艺学实践- 钢铁材料及热处理实践- 金属切削原理及刀具实践- 金属塑性成形工艺实践（2）机械制图与CAD实践- 机械制图基本技能训练- 机械制图与CAD软件应用2. 机械设计实践（1）机械原理实践- 机械运动分析及计算- 机械动力学及计算（2）机械设计基础实践- 机械零件设计及计算- 机械传动系统设计及计算（3）机械设计课程设计- 机械创新设计- 机械结构设计3. 机械制造工艺及设备实践（1）机械制造工艺实践- 机械加工工艺规程编制- 机械加工质量控制及检验（2）机械制造设备实践- 金属切削机床及操作- 非金属加工设备及操作4. 机械检测与维修实践（1）机械检测技术实践- 测量基本原理及方法- 机械检测仪器及设备操作（2）机械维修技术实践- 机械故障诊断及排除- 机械维修工艺及设备操作5. 机械自动化实践（1）传感器与检测技术实践- 传感器原理及应用- 检测系统设计与实现（2）自动控制技术实践- 自动控制系统原理及设计- 自动控制系统调试与优化（3）机械自动化课程设计- 机械自动化系统设计- 机械自动化系统集成与调试6. 机械创新实践（1）机械创新设计竞赛- 机械创新设计选题与方案论证- 机械创新设计图纸绘制与制作（2）机械创新实践项目- 机械创新设计实践项目选题与实施- 机械创新设计实践项目成果展示与评价7. 机械工程综合实训（1）机械工程综合实训项目- 机械工程综合实训项目选题与实施- 机械工程综合实训项目成果展示与评价（2）机械工程毕业设计- 机械工程毕业设计选题与方案论证- 机械工程毕业设计图纸绘制与制作三、实践教学安排1. 实践教学总学时：100学时2. 实践教学分为以下几个阶段：- 第一阶段：机械基础实践（20学时）- 第二阶段：机械设计实践（40学时）- 第三阶段：机械制造工艺及设备实践（20学时）- 第四阶段：机械检测与维修实践（20学时）- 第五阶段：机械自动化实践（20学时）- 第六阶段：机械创新实践（10学时）- 第七阶段：机械工程综合实训（10学时）3. 实践教学方式：- 实验室教学：在实验室进行基本技能训练和实验操作- 工厂实习：在工厂进行实际操作和工程实践- 课程设计：完成机械设计、制造、检测、维修等环节的设计与实施- 毕业设计：完成机械工程综合实训项目的设计与实施四、实践教学评价1. 评价内容：- 实践技能掌握程度- 实践成果质量- 团队合作与沟通能力- 创新意识与能力2. 评价方式：- 实践教学考核：根据学生在实践过程中的表现进行考核- 实践成果展示：学生在课程设计、毕业设计等环节中展示实践成果- 教师评价：教师根据学生的实践表现进行评价五、实践教学总结机械集中实践教学旨在培养学生的实际操作能力、创新能力和团队合作精神。
农业机械常见故障的诊断方法及原因
会导致风扇使用时出现皮带打滑现象，进而影响风扇运行效果。
发动机冷却系统的水泵在长期使用后可能会出现水泵轴松动、水泵叶轮磨损等情况，影响水泵作用并导致冷却作用大打折扣。
涡轮增压发动机的中冷器如果冷却效果较差，那么会导致进入发动机燃烧室的空气温度过高，进而导致发动机温度过高，甚至可能导致发动机爆震或损伤熄火。
从异常运转所导致的发动机温度过高，发动机供油提前角过小会导致发动机燃烧不完全，排气冒黑烟；而发动机供油提前角过大则会导致发动机工作粗暴、反转、功率下降，而且缸内燃烧温度过高会使得冷却液温度迅速提高，相应的冷却效果影响严重。
发动机空滤表面、空滤滤芯等被堵住或者进气管和增压器连接处漏气，则会导致发动机进气不足、排气不畅，出现发动机不完全燃烧、高温空气排出困难等问题，进而导致发动机温度过高。
2、漏油①机械部件松动农业机械部件可能会松动，进而影响机械设备正常运行，甚至可能引发安全事故。
一方面，农业机械长期使用后容易老化、磨损，进而导致部件松动；另一方面，农业机械长期在道路条件较差的环境下，很容易因为振动等导致部件磨损或松动。
②摩擦磨损农业机械运行过程中各部件会相互摩擦，长期运行后容易出现磨料磨损与粘附磨损。
其中磨料磨损指农业机械运行时部件表面和硬的磨料颗粒进行摩擦而导致的损伤；粘附磨损则是指两个部件的摩擦表面在长期运行的过程中相互磨损并咬合粘连。
③零件疲劳损坏农业机械的零件在长期运行后往往会老化并产生疲劳损坏。
农业机械的长期使用，会使得其中的零件受到交变循环载荷作用，而在交变应力或者循环次数超过零件疲劳极限后，零件会受到损坏，进而出现微小裂纹、麻点、凹坑乃至断裂等问题。
这不仅会对农业机械的稳定、高效运行造成影响，还会导致机械运行使用的安全风险加大。
④人为故障人为原因所导致的故障同样是农业机械故障中不可忽视的部分。
操作人员在使用农业机械时违规操作或者没有按照相关要求和规定对机械进行保养，都可能导致机械设备在使用过程中产生故障。
机械故障诊断概述
投入经费 投资：US$ 20 万元，年监测费：US$ 1.5 万元/年
诊断成本 A＝(20 万/10 年折旧) + 1.5 万/年=US$ 3.5 万元/年
诊断经济效 益系数
C＝B/A = 36
☆目的意义举例：空难
2009年6月1日14时，法航空客A330起飞不久后与地面失去联系。机上228 人全部遇难。
1.2设备故障的信息获取和检测方法
☆故障信息的获取方法
(四)设备性能 指标的测定
设备性能包括整机及零部件性能， 通过测量机器性能及输入、输出量的 变化信息来判断机器的工作状态也是 一种重要方法。
例如，柴油机耗油量与功率的变化， 机床加工零件精度的变化，风机效率 的变化等均包含着故障信息。
对机器零部件性能的测定，主要反 映在强度方面，这对预测机器设备的 可靠性，预报设备破坏性故障具有重 要意义。
按诊断方法的 完善程度分类
简易诊断 利用一般简易测量仪器对设备进行 监测，根据测得的数据，分析设备的工作状态。 如利用测振仪对机组轴承座进行测量，根据测得 的振动值对机组故障进行判别或者应用便携式数 据采集器将振动信号采集下来后再进行频谱分析 用以诊断故障。
精密诊断技术 利用较完善的分析仪器或诊断装 置，对设备故障进行诊断，这种装置配有较完善 的分析、诊断软件。精密诊断技术一般用于大型、 复杂的设备，如电站的大型汽轮发电机组、石油 化工系统的关键压缩机组等。
1.3机械设备故障诊断方法的分类
设备故障诊断技术的分类，有三种分类方法
（一）按照诊断的目的、要求和条件分类 分为功能诊断和运行诊断、定期诊断和连续监测、直接诊断和间接诊断、在 线诊断和离线诊断、常规诊断和特殊诊断、简易诊断和精密诊断等等。
机械工程师如何进行机械系统的故障诊断与维修
机械工程师如何进行机械系统的故障诊断与维修随着科技的进步和工业的发展，机械工程师的工作变得越来越重要。
在各行各业中，机械系统的故障诊断与维修是机械工程师必备的技能之一。
本文将从故障诊断和维修两个方面阐述机械工程师应如何进行这一工作，以提高工作效率和质量。
一、故障诊断故障诊断是机械工程师进行机械系统维修的第一步。
要进行有效的故障诊断，机械工程师需要掌握以下几个关键步骤。
首先，机械工程师应了解整个机械系统的结构和工作原理。
通过查阅技术资料、与相关人员交流等方式，掌握机械系统的构成和各个部件的功能。
其次，机械工程师需要准确获取故障现象和客户的反馈信息。
通过与客户的沟通，了解故障出现的具体情况和存在的问题。
同时，通过观察机械系统的运行状态，获取更多的故障现象和特征。
接着，机械工程师应运用适当的分析方法和工具，对故障进行初步分析。
可以借助故障分析图、故障树分析等工具，对故障现象和原因进行逻辑推理和判断，缩小故障范围。
最后，机械工程师需要进行具体的实验和测试，以确认故障原因。
通过使用测量仪器、开展试验工作，对疑似故障部件进行检测，找出真正的故障源。
二、维修方法在确定了故障原因后，机械工程师需要采取相应的维修方法来解决问题。
以下是一些常用的维修方法。
首先是修复和更换故障部件。
如果故障是由某个具体部件的损坏所引起的，机械工程师可以采用修复和更换的方法来解决问题。
修复可以包括焊接、研磨等操作，更换则需要选择合适的备件并进行更换工作。
其次是调整和校准机械系统。
有些故障可能是由于机械系统的调整不当或校准错误造成的。
机械工程师可以通过仔细分析和调整机械系统的参数，使其恢复正常工作。
再次是清洁和润滑机械部件。
有时，机械系统的故障可能是由于机械部件的积尘、杂质或润滑不良所引起的。
机械工程师可以采用清洗和润滑的方法，将部件清理干净并提供足够的润滑。
最后是对机械系统进行维护和保养。
除了解决具体故障外，机械工程师还需对机械系统进行定期的检查和维护，以预防故障的发生。
机械故障诊断
二、专家系统的结构
（1）知识库（Knowledge Base）
（2）推理机（Inference Engine）
（3）数据库（Data Base）
（4）解释器（程序）
（ExplicationProgram）
（5）知识获取程序
（Knowledge Ac－quisition Program）
高精度化及智能化。不解体检测的研究，其方向是开发 可预埋在发动机内的传感器。美国、日本等国家已成功 的将超薄型传感器安置在发动机内，对发动机的温度及 主要部件的配合间隙进行诊断，并利用光纤传感器监测 发动机的转速波动。 高精度化，是指提高信号分析的信噪比。如利用相干 函数对测点进行选择，利用多段时域平均法提高当前缸 信号强度，利用倒频谱重新编辑法消除其它缸的影响， 利用小波变换消除噪声等等，其目的都在于去除诊断参 数中的干扰，以提高诊断精度。
24
1．存在的问题 尽管机械故障诊断已取得了长足的发展，但它
是一门正在发展的新型学科，还远没有达到完善 的水平，主要表现在：
⑴ 发展不平衡，旋转机械的故障诊断理论和 实践都取得了较成熟的效果，而往复式机械的诊 断理论和实践都有待于提高。
⑵ 测量分析仪器和诊断仪器相脱离。便携式 的多为分析系统，一般为传感器、放大仪、数据 采集系统＋频谱仪。无具体设备的特征数据并缺 乏诊断型系统。而较好的多为专用的、固定式的 系统。一般固定在厂里或设备上，并专为该设备 服务。
14
x(n) h(k)u(n k)
k= 0
p
q
x(n) ak x(n k) bku(n k)
k 1
k 0
AR
MA
建模参数功率谱模型
15
为了对各种谱估计的方法有一个基本的了解， 下面用一已知信号对各种方法进行检验(N=32)。
机械工程专业的试验设计与数据处理课程
机械工程专业的试验设计与数据处理课程机械工程专业的试验设计与数据处理课程是机械工程专业本科课程中非常重要的一门课程。
这门课程不仅涉及到机械工程专业的基本知识和技术，还涉及到数据分析和处理的方法和技术。
本文将从三个方面介绍机械工程专业的试验设计与数据处理课程的内容和意义。
一、课程内容试验设计和数据处理是机械工程专业的基础课程，主要包括以下几个方面的知识点：1.实验设计原理：包括实验设计目的、因素选择、因素水平设置、实验设计模型等方面的内容。
学生需要从理论上掌握实验设计的基本原理和方法，了解不同实验设计模型的特点和应用。
2.数据采集技术：学生需要熟悉各种数据采集仪器和测量技术，掌握数据采集的步骤和方法。
同时，还需要了解数据采集时可能出现的误差和处理方法。
3.数据分析和处理：学生需要学会使用统计软件和编程语言进行数据分析和处理，掌握数据描述性统计和推断性统计的基本方法和应用。
此外，还需要了解不同数据分析方法之间的差异和优缺点。
4.实验报告撰写：学生需要学会撰写实验报告，包括实验设计、数据分析和处理、结论和建议等方面的内容。
此外，还需要掌握科学文献查阅和引用的方法和技巧。
二、课程意义机械工程专业的试验设计与数据处理课程对于学生的意义非常大，主要表现在以下几个方面：1.培养数据分析和处理能力：学生在学习实验设计和数据处理的过程中，可以掌握各种数据处理和分析方法，培养自己的数据分析和处理能力。
这对于日后从事机械工程专业的工作非常有帮助。
2.提高实验设计能力：经过实验设计和数据处理的学习，学生可以更加深入地理解实验设计和数据分析的原理和方法，并且可以熟练地运用这些知识。
这也将有助于学生以后从事机械工程专业的实验设计工作。
3.增强科学素养：学生在学习实验设计和数据处理的过程中，需要进行科学思考和实验设计，培养科学素养，提高学生的综合素质和创新能力。
三、课程应用试验设计和数据处理在机械工程专业的应用非常广泛，主要表现在以下几个方面：1.机械制造和加工过程控制：机械制造和加工过程的质量控制需要精确的数据分析和处理，通过实验设计和数据处理可以解决加工过程中出现的质量问题，从而提高机械制造和加工的效率和质量。
机械设计中的实验设计与数据分析
机械设计中的实验设计与数据分析机械设计是一门工程学科，旨在研究与设计机械系统以满足特定功能需求。
在机械设计的过程中，实验设计与数据分析起着至关重要的作用。
通过实验设计和数据分析，工程师们能够验证和完善他们的设计，以确保其性能和可靠性。
本文将探讨机械设计中的实验设计与数据分析的重要性和方法。
一、实验设计的重要性实验设计是机械设计过程中不可或缺的一环。
通过实验，工程师们可以验证他们的设计理论，确定设计参数，改善设计方案，以及找到可能存在的问题和改进方案。
实验设计可以帮助工程师们更好地理解机械系统，提高系统的性能和可靠性。
因此，在进行机械设计时，合理的实验设计是至关重要的。
二、实验设计的方法1. 确定实验目标：在进行实验设计之前，首先需要明确实验的目标和所要验证的假设。
实验目标应明确、具体，以便于设计合适的实验方案。
2. 设计实验方案：根据实验目标，设计合适的实验方案。
实验方案应包括实验步骤、实验条件、实验装置等内容。
合理设计实验方案可以提高实验的可靠性和有效性。
3. 实施实验：按照实验方案进行实验。
在实验过程中，需要记录实验数据、观察实验现象，并确保实验过程的准确性和可重复性。
4. 数据收集与整理：完成实验后，需要对实验数据进行收集和整理。
数据的收集可以通过传感器、测试仪器等设备完成。
数据整理包括统计数据、整理数据格式等。
5. 数据分析与结果评估：对收集到的实验数据进行分析与解释，以得出结论。
可以使用统计方法、图表分析等手段进行数据分析。
根据数据分析的结果，评估实验结果的可靠性和符合度。
三、数据分析的重要性数据分析是实验设计中至关重要的一步。
通过数据分析，工程师们能够得出对机械系统性能的准确评估，发现问题并进行改进。
数据分析还可以为后续的机械设计提供有力的依据和参考。
数据分析的方法可以根据具体的实验设计和需要使用不同的统计分析方法。
例如，可以使用回归分析来研究参数间的关系，通过方差分析来比较不同实验组之间的差异等。
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机械类专业机械故障诊断综合实验设计与教学探索
作者：樊红卫万翔张旭辉毛清华李曼
来源：《教育教学论坛》2020年第37期
[摘要] 综合实验有助于学生应用创新能力培养，是工科专业重要的实践教学环节。
文章从机械故障诊断技术概念出发，介绍了旋转机械典型故障、检测手段、工况模拟及信号处理方法、如何构建故障诊断综合实验等内容。
以转子不平衡故障诊断为例，设计了实验台，提出了一种基于轴心轨迹的诊断方法，设计了对比实验方案，为机械类专业故障诊断综合实验设计与教学实践提供了参考。
[关键词] 机械专业;故障诊断;实验设计
[课题项目] 西安科技大学新工科教学改革研究项目（XGK1816，XGK1808）;西安科技大学学位与研究生教育教学改革与研究项目（西科办发〔2018〕111号）
[作者简介] 樊红卫（1984—），男，陕西宝鸡人，博士，讲师，主要从事机械动力学与故障诊断研究。
[中图分类号] G642; ; [文献标识码] A; ; [文章编号] 1674-9324（2020）37-0381-02; ; [收稿日期] 2019-12-09
目前，我国高等教育正在经历新一轮变革，“新工科”[1]浪潮正席卷高校工科教育。
“新工科”背景下，高校工科专业综合改革势在必行。
长期以来，工科院校十分重视实践教学环节建设。
工科专业特别是机械类专业实践教学环节普遍包括金工实习、电子实习、认识实习、生产实习、毕业实习和课程设计、强化训练及综合实验。
尤其是综合实验在学生应用创新能力培养中的作用，越发得到重视。
综合实验通常是指面向某专业综合知识应用能力训练的独立设课的实践环节，一般安排在大学四年级，占2学分。
综合实验[2]具有创新性、复杂性和开放性的特征，要求教师能设计出满足学生综合能力训练的专业实验。
大型机械故障复杂多样，诊断手段也很灵活，因此机械故障诊断实验是一项可以训练学生机械动力学、测试技术和计算机编程能力的综合性实验。
一、机械故障诊断实验设计
机械故障诊断技术[3]是通过测取机械设备在运行中的状态信息并结合诊断对象的历史状态对所测信号进行分析处理和定量识别机械设备及其零部件的实时运行参数及工作状况，推断设备已经发生或将要发生的故障，从而确定必要对策的一门综合性技术。
从定义可以看出，机械故障诊断技术涉及传感器、信号处理、故障诊断或趋势预测等多方面知识，通常需要借助计算机程序实现诊断或预测。
就目前应用来看，故障诊断技术在各类旋转机械中应用最为广泛。
设计机械故障诊断实验时，可以旋转机械为对象，针对功能部件如轴承、齿轮、轴等设置故障，典型故障有：（1）轴承故障：内圈、外圈、滚动体的划伤、磨损、点蚀、裂纹等;（2）齿轮故障：断齿、齿根裂纹、齿面点蚀、磨损等;（3）轴故障：不平衡、不对中、弯曲、碰摩、轴上零件松脱等。
在设计故障检测手段时，可通过振动、温度、电流和油液等信息的分析处理，获得可以反映故障的有效特征，如振动特征频率等，由此诊断故障发生的部件及故障的类型。
实验设计时，对载荷、速度等可以进行多样化模拟，从而实现系统的定载、变载、恒速、变速等，不同的工况作用于故障机械系统，可激发出包含诊断特征的有效信息。
以基于振动信号的故障诊断实验为例，振动信号处理方法有时间域、频率域和时间-频率域。
时间域分析有基本波形分析和相关分析，频率域分析有快速傅里叶变换、功率谱、包络解调谱等，时间-频率域分析有短时傅里叶分析、小波分析等。
频率域分析主要用于平稳信号的处理，时间-频率域分析主要用于非平稳信号处理。
通过不同部件不同故障类型的组合，及不同运行工况的模拟，采用不同的信号分析手段可实现旋转机械的故障诊断，实现由单一故障到复合故障、由恒定工况到时变工况、由简单分析到复杂分析的不同程度故障诊断综合能力训练。
二、机械故障诊断实验教学实践
自2016年以来面向机械类专业开设了“旋转机械故障诊断综合实验”，以电机-转子系统为对象，以振动信号分析为主要手段，对转子不平衡故障诊断实验进行了系统设计与教学实践。
在实验中，将学生分为若干组，每组完成不同实验任务，包括故障模拟、信号测试、数据处理和诊断分析等，要求学生采用LabView程序完成一部分程序自主开发，如快速傅里叶算法、传感器输出信号转化、分析结果可视化等。
学生根据实验任务，查阅资料并设计实验方案，完成实验工况和故障模拟，选用振动传感器并与上位机关联，实现信号采集，进而设计分析算法和可视化程序，对分析结果进行分析论证，据此修改实验方案完成下一轮实验，如此获得对实验中理论知识和应用技能的熟练掌握。
下面以“转子不平衡故障诊断实验[4]”为例，介绍笔者近年实验设计及教学过程。
1.实验台。
设计了一种旋转机械故障模拟与诊断实验台，如图所示，由电机驱动一根细长轴，轴上装有一个圆盘，在圆盘上通过施加偏心块来模拟轴偏心故障（质量不平衡）。
通过光电、涡流、编码器等测量轴的转速，通过压电、磁电和涡流传感器测量轴振动。
通过PWM原理对电机进行无级调速，通过轴左端加载螺栓进行轴承预紧，从而改变轴运行工况。
2.实验数据分析。
对涡流传感器测得的水平和竖直方向振动位移，可合成轴心轨迹，根据轴心轨迹是否为椭圆及椭圆度大小可判定是否发生了转子不平衡及不平衡的严重程度。
数据处理时，注意对原始信号需进行滤波，以消除噪声影响。
3.实验对比研究。
通过反复多次实验，探究实验所反映的物理规律。
可设计如下实验对比方案。
实验1：在转轴上拧1个偏心块，转速设置为500r/min;
实验2：在转轴上拧1个偏心块，转速设置为1000r/min;
实验3：在转轴上拧3个偏心块，转速设置为500r/min;
实验4：在转轴上拧3个偏心块，转速设置为1000r/min。
通过上述四个实验，可研究不同偏心量和不同转速对轴振动信号的影响，进而从信号表现上反映设备发生了什么样的故障状况。
结语
全文介绍了机械故障诊断实验设计方案和教学案例。
首先，介绍了机械故障诊断技术的内涵，提出了故障诊断实验中的故障类型、诊断信号和实验模拟方案。
结合笔者近年教学实践，设计了一个转子不平衡故障诊断实验，介绍了基于轴心轨迹进行不平衡故障诊断的原理和如何
进行不同实验工况下的诊断实验。
介绍了从实验方案设计到教学实践全过程，对此类实验设计及教学具有参考价值。
参考文献
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[2]段朋云，姚胜卫，丁晓红，等.机械基础综合实验教学改革初探[J].科教文汇（上旬刊），2019（09）：62-63+72.
[3]窦东阳，王艳飞，何敏，等.面向工程教育认证的旋转机械状态监控与故障诊断实验系统研发[J].实验技术与管理，2019，36（07）：29-32+39.
[4]樊红卫，杨一晴，马宏伟，等.一种转子振动故障诊断及预警的虚拟仪器系统开发与验证[J].机械设计与制造，2019（06）：77-79+83.。