李 峥，秦朝烨，王天杨，王 旭，2，卢文秀，褚福磊

（1.清华大学机械工程系，北京 100084；2.火箭军工程大学导弹工程学院，西安 710025）

0 引言

在旋转机械故障诊断中齿轮和轴承是典型的旋转设备，如何快速准确定位其发生故障及程度，在故障诊断中是很重要的，由于实际工况的各种干扰，很难在各种复杂信号中找到有用的数据，尤其是对于刚刚接触或者从事科研的研究生。为此动力学课题组开设了针对研究生的旋转设备故障诊断实验课程，利用现有实验设备——机械故障仿真器，针对齿轮采集了无故障、磨损、缺齿3 种信号，针对轴承设计了内圈、外圈、滚动体3 部位故障，采集电动机转速从300～1 800 r/min的振动信号，对应控制器频率为5～30 Hz，然后利用时域和频域信号处理方法进行分析，验证了设备的可靠性，从而为开展实验教学及科研工作奠定了基础［1-4］。

1 试验台简介

试验台是美国SpectraQuest 公司的机械故障仿真器（MFS），如图1 所示。MFS从输入端（电动机）到支撑轴承再到齿轮箱的传动系统简图如图2 所示。

图1 MFS及齿轮箱实物图和测试轴承

图2 MFS传动系统简图

电动机主轴1 的动力通过双V 型皮带传递到齿轮箱主动轴2，轴1 上带轮直径d1=50 mm，轴2 上带轮直径d2=125 mm，带轮内圈周长分别为86、325 mm，综合考虑滑移等因素通过实验确定传动比i约为0.386。

2 试验台各种参数及故障类型

2.1 MFS研究齿轮故障

仿真器提供了典型的3 种齿轮故障，齿轮实物图如图3 所示。齿轮箱具体型号为Hub City M2，是一个传动比为1.5∶1的一级减速传动，其主动轴的齿轮可以选择提供的3 种齿轮进行更换。……