小型轉子齒輪箱故障診斷實驗臺是一種專門用于模擬、檢測和分析旋轉機械故障的綜合性實驗設備，其核心原理可分為以下四個部分：

一、機械動力系統設計原理

1. 模塊化傳動架構

• 采用"電機-聯軸器-齒輪箱-負載"的標準化布局，通過變頻電機（0-6000rpm可調）驅動平行軸/行星齒輪箱，配合磁粉制動器（0-100Nm）模擬動態負載

• 關鍵部件（軸承座、齒輪軸）采用快拆設計，5分鐘內可完成PH205軸承或齒輪組更換

1. 精密故障植入技術

2. 
   

3. 
   

• 軸承故障：通過激光蝕刻在軸承滾道預制點蝕（直徑0.1-0.5mm）、線切割保持架缺陷

• 齒輪故障：采用電火花加工制造斷齒（1/3齒寬）、磨損齒（齒厚減少10%-30%）等典型缺陷

二、多物理場信號采集原理

1. PT500迷你小型轉子齒輪箱故障診斷實驗臺傳感器網絡配置

• 振動監測：加速度傳感器（頻響0.5-10kHz），安裝于軸承座45°方向（水平/垂直/軸向）

• 過程參數：非接觸式扭矩儀（±0.1%精度）、光電編碼器（1024PPR）、紅外熱像儀（30Hz幀率）

1. 同步觸發機制

• 基于PXIe總線的8通道采集系統，采用IEEE1588協議實現μs級同步

• 采樣率自適應調節（1-100kS/s），滿足從低速啟停到高速運行的全工況需求

三、智能診斷算法原理

?

1. 信號處理流程

2. mermaid

3. 復制

4. graph LR

5. A[原始信號] --> B[小波包降噪]

6. B --> C[共振解調]

7. C --> D[階比分析]

8. D --> E[特征提取]

9. E --> F[故障分類]

10. 特征工程與決策

• 時域特征：峰值、峭度、波形指標

• 頻域特征：邊頻帶能量比、諧波失真度

• 采用SVM/ResNet-18混合模型，分類準確率>92%

四、安全控制原理

1. 三重保護機制

• 機械防護：全封閉罩體（IK10抗沖擊）

• 電氣保護：過載斷電（響應<10ms）+振動閾值報警

• 軟件容錯：最大位移限制（±1mm）自動停機

典型應用案例

1. 風電齒輪箱研究

• 復現行星輪斷齒故障，通過階比分析提取特征頻率

• 建立剩余壽命預測模型（Weibull分布，R2>0.95）

1. 教學實驗設計

• 基礎實驗：軸承外圈故障FFT頻譜分析

• 綜合實驗：齒輪磨損+軸不對中復合故障診斷

該實驗臺通過"物理模擬-數據驅動"的雙向驗證機制，為旋轉機械故障機理研究提供了標準化平臺，已在國內20余所高校的《設備狀態監測》課程中應用。

旋轉機械振動監測與診斷領域的多故障聯接齒輪箱模擬實驗臺，能夠全面、探測地、方便地模擬齒輪心設備的一些典型故障，如偏、點腐蝕、剝落、齒面磨損、齒根疲勞和斷齒等；通過撥叉換位機構撥動齒輪的組合排列結果，還可以在運行中連續觀察兩對齒輪的聯接故障信號以及齒輪從正常到發另外，通過在軸承上設置故障，還可以模擬軸承故障以及齒輪－軸承連接故障。很大程度上方便了科研人員進行故障診斷方法的研究驗證過程，

創新創業學院軸承試驗臺

設備運行狀態模擬實驗教學系統

風電機組主軸軸承綜合實驗平臺

轉子動力學教學實訓演示臺

多通道數據采集系統

轉子故障試驗臺輸入功率提升和控制系統

低速全參數行星齒輪箱故障模擬實驗系統

諧波軸承性能檢測平臺

機械工程控制基礎實驗臺

能源與動力工程學院平臺

復雜機電液系統智能運維功能性測試平臺

傳動系統多功能綜合測試平臺

軸系激勵源識別方法小型驗證試驗臺

概述了理論運用到實踐的時間，也節省了科研人員花費在布置實驗的時間和精力。此外，該多故障連接齒輪箱模擬實驗臺借鑒于教學實踐中，提高學習認知水平。