本发明提供一种机械设备故障诊断方法及系统，包括：获取机械设备出现故障时的原始振动信号样本，并截取为多段振动信号样本；把每段振动信号样本作为故障类别的训练样本；分别对训练样本和测试样本进行自相关约束处理，得到自相关训练样本和自相关测试样本；基于自相关训练样本生成样本字典，以及利用样本字典对自相关测试样本进行重构，得到稀疏编码；再从样本字典中选择子样本字典，并通过子样本字典和稀疏编码表征自相关测试样本，获取重构误差；最后根据重构误差对机械设备进行故障诊断。本发明可以对机械设备进行故障诊断，而且通过对样本数据施加自相关约束，在消除噪声的同时，有利于凸显故障特征成分，能对信号进行更有效的稀疏表示。