小型轉(zhuǎn)子齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種專(zhuān)門(mén)用于模擬、檢測(cè)和分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其核心原理可分為以下四個(gè)部分：

一、機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1. 模塊化傳動(dòng)架構(gòu)

• 采用"電機(jī)-聯(lián)軸器-齒輪箱-負(fù)載"的標(biāo)準(zhǔn)化布局，通過(guò)變頻電機(jī)（0-6000rpm可調(diào)）驅(qū)動(dòng)平行軸/行星齒輪箱，配合磁粉制動(dòng)器（0-100Nm）模擬動(dòng)態(tài)負(fù)載

• 關(guān)鍵部件（軸承座、齒輪軸）采用快拆設(shè)計(jì)，5分鐘內(nèi)可完成PH205軸承或齒輪組更換

1. 精密故障植入技術(shù)

2. 
   

3. 
   

• 軸承故障：通過(guò)激光蝕刻在軸承滾道預(yù)制點(diǎn)蝕（直徑0.1-0.5mm）、線(xiàn)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(chǎng)信號(hào)采集原理

1. PT500迷你小型轉(zhuǎn)子齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳感器網(wǎng)絡(luò)配置

• 振動(dòng)監(jiān)測(cè)：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(guò)程參數(shù)：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(fā)機(jī)制

• 基于PXIe總線(xiàn)的8通道采集系統(tǒng)，采用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)μs級(jí)同步

• 采樣率自適應(yīng)調(diào)節(jié)（1-100kS/s），滿(mǎn)足從低速啟停到高速運(yùn)行的全工況需求

三、智能診斷算法原理

?

1. 信號(hào)處理流程

2. mermaid

3. 復(fù)制

4. graph LR

5. A[原始信號(hào)] --> B[小波包降噪]

6. B --> C[共振解調(diào)]

7. C --> D[階比分析]

8. D --> E[特征提取]

9. E --> F[故障分類(lèi)]

10. 特征工程與決策

• 時(shí)域特征：峰值、峭度、波形指標(biāo)

• 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(lèi)準(zhǔn)確率>92%

四、安全控制原理

1. 三重保護(hù)機(jī)制

• 機(jī)械防護(hù)：全封閉罩體（IK10抗沖擊）

• 電氣保護(hù)：過(guò)載斷電（響應(yīng)<10ms）+振動(dòng)閾值報(bào)警

• 軟件容錯(cuò)：最大位移限制（±1mm）自動(dòng)停機(jī)

典型應(yīng)用案例

1. 風(fēng)電齒輪箱研究

• 復(fù)現(xiàn)行星輪斷齒故障，通過(guò)階比分析提取特征頻率

• 建立剩余壽命預(yù)測(cè)模型（Weibull分布，R2>0.95）

1. 教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

• 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：軸承外圈故障FFT頻譜分析

• 綜合實(shí)驗(yàn)：齒輪磨損+軸不對(duì)中復(fù)合故障診斷

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)"物理模擬-數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)"的雙向驗(yàn)證機(jī)制，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理研究提供了標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，已在國(guó)內(nèi)20余所高校的《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)》課程中應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷領(lǐng)域的多故障聯(lián)接齒輪箱模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠全面、探測(cè)地、方便地模擬齒輪心設(shè)備的一些典型故障，如偏、點(diǎn)腐蝕、剝落、齒面磨損、齒根疲勞和斷齒等；通過(guò)撥叉換位機(jī)構(gòu)撥動(dòng)齒輪的組合排列結(jié)果，還可以在運(yùn)行中連續(xù)觀察兩對(duì)齒輪的聯(lián)接故障信號(hào)以及齒輪從正常到發(fā)另外，通過(guò)在軸承上設(shè)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(jìn)行故障診斷方法的研究驗(yàn)證過(guò)程，

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院軸承試驗(yàn)臺(tái)

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組主軸軸承綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)教學(xué)實(shí)訓(xùn)演示臺(tái)

多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

轉(zhuǎn)子故障試驗(yàn)臺(tái)輸入功率提升和控制系統(tǒng)

低速全參數(shù)行星齒輪箱故障模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

諧波軸承性能檢測(cè)平臺(tái)

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

能源與動(dòng)力工程學(xué)院平臺(tái)

復(fù)雜機(jī)電液系統(tǒng)智能運(yùn)維功能性測(cè)試平臺(tái)

傳動(dòng)系統(tǒng)多功能綜合測(cè)試平臺(tái)

軸系激勵(lì)源識(shí)別方法小型驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)

概述了理論運(yùn)用到實(shí)踐的時(shí)間，也節(jié)省了科研人員花費(fèi)在布置實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和精力。此外，該多故障連接齒輪箱模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)借鑒于教學(xué)實(shí)踐中，提高學(xué)習(xí)認(rèn)知水平。