这应该行得通：

ax1.plot(xtr, color='r', label='HHZ 1')
ax1.legend(loc="upper right")
ax2.plot(xtr, color='r', label='HHN')
ax2.legend(loc="upper right")
ax3.plot(xtr, color='r', label='HHE')
ax3.legend(loc="upper right")

您想要的操作无法完成，因为plt.legend()在当前轴 * 中放置了一个图例 *，在您的示例中是在最后一个轴中。
另一方面，如果您可以满足于在最后一个子图中放置一个全面的图例，则可以这样做

f, (ax1, ax2, ax3) = plt.subplots(3, sharex=True, sharey=True)
l1,=ax1.plot(x,y, color='r', label='Blue stars')
l2,=ax2.plot(x,y, color='g')
l3,=ax3.plot(x,y, color='b')
ax1.set_title('2012/09/15')
plt.legend([l1, l2, l3],["HHZ 1", "HHN", "HHE"])
plt.show()

注意，传递给legend的不是轴，如示例代码中那样，而是plot调用返回的行。

PS

当然，您可以在每个子情节之后调用legend，但据我所知，您已经知道了这一点，并且正在寻找一种立即执行此操作的方法。

这样做符合您的要求，并克服了其他答案中的一些问题：

import matplotlib.pyplot as plt

labels = ["HHZ 1", "HHN", "HHE"]
colors = ["r","g","b"]

f,axs = plt.subplots(3, sharex=True, sharey=True)

# ---- loop over axes ----
for i,ax in enumerate(axs):
  axs[i].plot([0,1],[1,0],color=colors[i],label=labels[i])
  axs[i].legend(loc="upper right")

plt.show()

...产生...