行星齿轮箱齿轮分布式故障振动频谱特征

行星齿轮箱齿轮分布式故障振动频谱特征

殷杰

杭州前进齿轮箱集团股份有限公司311203

摘要：在风力发电机组传动系统中，行星齿轮箱的应用比较广泛。运行过程中，行星齿轮箱的工况变化频繁，承受动态重载复合，是整个动力传动链中比较薄弱的环节，其中行星轮、太阳轮及齿圈都是容易出现故障的部位。所以，对这些部位进行故障监测诊断，有利于风力发电机组的稳定、高效运行。由于行星齿轮箱具有自身的运动特点和结构特征，故障诊断的难度比较大，本文主要针对行星齿轮箱分布式故障振动频谱特征进行分析与研究。

关键词：行星齿轮箱；分布式故障；风力发电机；振动信号；频谱

当前，针对风力发电机组进行故障诊断时，主要针对是是发电机、传动系统轴承、风力机叶片及定轴齿轮箱进行，针对行星齿轮箱的诊断研究不多。虽然在定轴齿轮箱故障诊断中的方法比较多，一定程度上也能为行星齿轮箱故障诊断提供借鉴，但对于行星齿轮箱而言，故障诊断中存在的问题还非常多。本文针对行星齿轮箱振动信号频谱结构进行了解，对行星齿轮箱通过简单的频谱分析进行故障诊断。

一、行星齿轮箱概述

行星齿轮箱主要由行星轮、太阳轮、行星架及齿圈构成，齿圈通常固定不动，太阳轮绕中心轴旋转，行星轮绕太阳轮公转且自身自转。行星轮同时与齿圈和太阳轮啮合，由于行星齿轮箱内包含多个齿轮，运动结构复杂，出现复杂的振动信号成分，包含行星轮、齿圈、太阳轮、行星架的旋转频率、镍和频率、倍频成分等。动力输入输出装置及支承轴承等零部件的特征频率成分通过多界面耦合传播后，在测定信号中也会出现。除此以外，振动信号的复杂性也受到行星轮啮合相位关系的硬性。在监测振动时，在齿圈及相连箱体上安装传感器对振动信号进行采集。而对行星轮与齿圈及行星轮与太阳轮啮合点相位传感器位置的确定，则按照行星架旋转变化而定，这就使啮合点到传感器件的振动传递路径是变化的，所监测的振动测试信号出现幅值调制效应，使信号的复杂性进一步增加。针对行星齿轮箱振动信号的特点，人们也对各种方法进行了探索，如时间平均方法、小波方法、分布检测法、循环平稳分析方法等，促使了行星齿轮箱故障诊断方法的进步。除上述方法外，频谱分析法也是比较常用的方法，是对行星齿轮箱振动信号的频谱结构深入了解掌握后，可通过简单的频谱分析实现对行星齿轮箱的故障诊断。

如果行星齿轮箱的结构参数是已知的，则通过（12）-（14）式可对每种齿轮分布式故障的特征频率计算得出。根据上文所述理论分析，对振动信号的边带结构通过分析，由边带间隔与齿轮故障特征频率间的关系及边带幅值的变化，对齿轮分布式故障可进行诊断。

结语

考虑齿轮分布式故障及制造安装误差导致的调幅调频特征引发的通过效应，建立振动信号模型，给出行星齿轮箱各齿轮分布式故障特征频率计算公式。依据理论分析结果，对行星齿轮箱分布式故障可进行诊断。

参考文献

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