电机故障、齿轮故障、轴承故障以及转子不平衡，乃是齿轮（机械）传动系统中最为常见的故障类型。在实际工程中，因这三类故障未被及时察觉而引发的重大事故时有发生。针对此类设备展开状态监测与故障诊断，已然成为大型企业的迫切之需，亦必将带来可观的经济效益与社会效益。对于在校师生而言，接触并了解工程实际中的设备和情况甚为必要。然而，现场设备所处的环境与工况往往颇为复杂，因而在学习和研究过程中，需由易至难，循序渐进。故而，设计一台能够模拟工程实际中机械传动系统常见故障的实验台，具有重要的理论与实际意义。









VALENIAN/瓦伦尼安打造了一台集轴承、齿轮、转子不平衡故障模拟于一体的齿轮（机械）传动系统实验台。其研究内容主要涵盖实验台的结构设计、关键部件的理论分析，以及试验台的三维建模与故障动力学仿真。具体如下：
设计出多功能且操作简便的故障模拟实验台，即 PT900 典型故障试验台。此台能够实现如下功能：于实验室环境中，借助可替换的模拟局部缺陷的轴承、齿轮，以及不同配重的动不平衡转子，重现旋转机械的典型故障，如不平衡、不对中、齿轮典型故障、轴承典型故障等。该实验装置便于完成数据信号的采集与观察，主要包括转速、位移、加速度等信息数据。操作便捷，进行不同故障实验时，时间间隔较短。实验装置输出的故障信息应明显且尽可能单一，信噪比需高，以便获取与故障相对应的时域图和频谱图。
对实验台关键零部件进行力学性能校核。针对齿轮（机械）传统系统模拟试验台的关键零部件，进行强度校核以及有限元静力学分析，并对结构予以改进和优化。设计可更换部件，以模拟轴承、齿轮、转子平衡的典型故障。
进行实验台动力学建模与仿真。分别建立实验台轴承子系统和齿轮传动子系统的非线性动力学模型。对于轴承子系统，需考虑滚珠滑移、油膜间隙和非线性接触力等因素。针对轴承外滚道及内滚道点蚀缺陷，建立相应的系统动力学模型，并推导相应的动力学微分方程，基于 MALAB 软件数值求解器，仿真系统的振动加速度信号。对仿真信号进行时域和频域分析，研究故障类型与故障特征的映射关系，并与理论分析进行对比验证，归纳轴承内滚道及外滚道缺陷的时域和频域特征。针对齿轮传动子系统，考虑齿轮时变啮合刚度、传动误差等因素，建立非线性动力学模型，并将齿轮裂纹、断齿故障以时变啮合刚度激励的形式体现到系统动力学模型中，进而仿真故障状态下的系统动态响应，并分析其时域和频域特征。