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摘 要：本文在以行星齿轮箱为研究对象的基础上，分析了行星齿轮箱的振动频谱的特征，进而根据正常的振动频谱分析了行星齿轮箱发生局部故障时的振动频谱特征，并且对振动频谱异常的原因进行了简述，从而提出了相应的参考意见，希望通过本文的论述，可以为行星齿轮箱局部故障振动频谱特征的分析提供参考。
关键词：行星齿轮箱 齿轮局部故障 振动频谱
一、行星齿轮箱及其齿轮局部振动类型概述
1.1行星齿轮箱概述
齿轮箱是机械传动系统中的重要组成部分，尤其被广泛应用于风力发电机组中，齿轮箱主要承受力和力矩的作用，并且需要保障自身的刚性以避免变形，从而保证传统系统的工作效率和传动质量。一般来说，齿轮箱分为定轴式齿轮箱和行星齿轮箱，相比之下，行星齿轮箱的体积、质量以及变速传动范围和变速传动效率更优，并且工作状态较为稳定，应用范围不再局限于风力发电机组，而被广泛应用于航空、工程、发电、船舶等多个领域的传动系统中，本文图1就是行星齿轮箱的实体图。与之相对的是，由于行星齿轮箱的工作环境更为恶劣，因此齿轮更容易发生故障，因此本文针对齿轮箱内的齿轮局部故障振动频谱特征进行了分析。
图1 行星齿轮箱实体图
1.2行星齿轮箱局部齿轮故障分析
在行星齿轮箱内部的故障类型中，齿轮故障的比例占到总体故障情况的60%以上，因此本小节对齿轮故障的形式进行了简要分析。在齿轮故障的类型中，主要分为齿轮断齿、疲劳点蚀、齿面磨损、塑性变形以及齿面胶合等情況。本文表1为行星齿轮箱齿轮故障分类表。
表1 行星齿轮箱齿轮故障分类表
在齿轮故障的类型中，齿面磨损主要是齿轮在啮合的过程中，由于齿轮表面存在摩擦，因此会出现磨损，齿面磨损会导致齿轮的轮齿变形，并且齿厚降低，引起异常的振动和声响。齿面胶合指的是齿轮的轮齿表面在压力的作用下胶合，主要分为冷粘合和热粘合两种胶合情况。由于齿轮在啮合的过程中的表面接触力呈现周期性变化，因此会产生脉动循环应力，而轮齿材料会在此应力的作用下产生点状损耗，成为疲劳点蚀。齿轮断齿的成因主要是脉动循环应力的数值超过承受极限值，从而导致轮齿断裂。塑性变形会导致齿轮的轮齿变形失效，在轮齿承受的负荷过大时，轮齿的受力状态会到达屈服状态，进而产生塑性变形，一般来说，硬度越高，产生塑性变形的几率越小。
二、行星齿轮箱局部齿轮故障的振动信号模型分析
2.1啮合点故障时的振动信号模型
在对啮合点故障时的振动信号模型的频谱进行分析的时候，首先需要建立相应的故障信号调幅调频模型，进而确定传感器所测试到的振动信号不受传递路径的影响，或者受到传递路径的影响值处于固定状态，在此基础上对振动信号的传递路径的时变性进行分析，并且进一步对传感器所测试到的振动信号建立相应的信号模型，对行星齿轮箱内部的局部齿轮故障状态的振动信号频谱进行分析并总结。
2.2建立传递路径对振动信号的影响分析模型
传感器需要通过传递路径来获取振动信号，因此，如果行星齿轮箱的局部齿轮发生故障，故障状态下的振动信号主要通过三条传递路径到达传感器。如果故障发生于行星轮的轮齿上，则振动信号通过第一条传递路径再经过箱体到达传感器。在第二条传递路径中，故障振动信号依次通过啮合点、太阳泪、支承轴承、轴承座和箱体到达传感器。在第三条传递路径中，故障振动信号经由啮合点传至行星轮的轴承，进而传递至行星架和支承轴承，最后通过轴承座和箱体到达传感器。
2.3太阳轮局部故障时的振动信号模型
如果太阳轮的轮齿出现故障，那么轮齿与行星轮的啮合点会根据太阳轮的转动而产生变化。一般来说，当太阳轮的轮齿出现故障，如果啮合点距离传感器位置较近，则传感器接收到的故障振动信号会更加强烈，而随着太阳轮的转动，传感器接收到的信号强度会由强变弱，直到最弱点，而后振动信号的强度会由弱变强，整体上呈现周期性循环，并且随着太阳轮的转动，太阳轮局部故障振动信号会出现调幅效应。
2.4行星轮局部故障时的振动信号模型
类似于太阳轮局部故障时的振动信号模型，当行星轮局部故障时，其信号振动模型也会出现调幅效应，当行星轮的轮齿出现故障时，轮齿和太阳轮以及齿圈的啮合点也会随着行星架的转动产生变化，一般而言，如果啮合点远离传感器，振动信号强度会降低，如果啮合点靠近传感器，则振动信号的强度会升高。
总的来说，当太阳轮局部轮齿故障或者行星轮局部轮齿故障时，其振动信号的调幅效应及振动信号模型都可以通过Hanning函数表示。
三、小结
本文在对行星齿轮箱及其故障类型进行概述的基础上，分析了齿轮的局部轮齿出现故障时的振动信号模型，并对太阳轮和行星轮的局部轮齿故障的振动信号模型的调幅效应进行了阐释，进而对齿轮的局部轮齿故障时的振动频谱特征进行了简答分析与总结。
参考文献
[1]王海峰，李峰，左天宇等.行星齿轮箱齿轮局部故障振动频谱特征[J].商品与质量，2016，（50）：394.
[2] 王一凡，李方义，贾秀杰等.浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动频谱模型[J].计算机集成制造系统，2017，23（9）：1875-1882.
关键词：行星齿轮箱 齿轮局部故障 振动频谱
一、行星齿轮箱及其齿轮局部振动类型概述
1.1行星齿轮箱概述
齿轮箱是机械传动系统中的重要组成部分，尤其被广泛应用于风力发电机组中，齿轮箱主要承受力和力矩的作用，并且需要保障自身的刚性以避免变形，从而保证传统系统的工作效率和传动质量。一般来说，齿轮箱分为定轴式齿轮箱和行星齿轮箱，相比之下，行星齿轮箱的体积、质量以及变速传动范围和变速传动效率更优，并且工作状态较为稳定，应用范围不再局限于风力发电机组，而被广泛应用于航空、工程、发电、船舶等多个领域的传动系统中，本文图1就是行星齿轮箱的实体图。与之相对的是，由于行星齿轮箱的工作环境更为恶劣，因此齿轮更容易发生故障，因此本文针对齿轮箱内的齿轮局部故障振动频谱特征进行了分析。
图1 行星齿轮箱实体图
1.2行星齿轮箱局部齿轮故障分析
在行星齿轮箱内部的故障类型中，齿轮故障的比例占到总体故障情况的60%以上，因此本小节对齿轮故障的形式进行了简要分析。在齿轮故障的类型中，主要分为齿轮断齿、疲劳点蚀、齿面磨损、塑性变形以及齿面胶合等情況。本文表1为行星齿轮箱齿轮故障分类表。
表1 行星齿轮箱齿轮故障分类表
在齿轮故障的类型中，齿面磨损主要是齿轮在啮合的过程中，由于齿轮表面存在摩擦，因此会出现磨损，齿面磨损会导致齿轮的轮齿变形，并且齿厚降低，引起异常的振动和声响。齿面胶合指的是齿轮的轮齿表面在压力的作用下胶合，主要分为冷粘合和热粘合两种胶合情况。由于齿轮在啮合的过程中的表面接触力呈现周期性变化，因此会产生脉动循环应力，而轮齿材料会在此应力的作用下产生点状损耗，成为疲劳点蚀。齿轮断齿的成因主要是脉动循环应力的数值超过承受极限值，从而导致轮齿断裂。塑性变形会导致齿轮的轮齿变形失效，在轮齿承受的负荷过大时，轮齿的受力状态会到达屈服状态，进而产生塑性变形，一般来说，硬度越高，产生塑性变形的几率越小。
二、行星齿轮箱局部齿轮故障的振动信号模型分析
2.1啮合点故障时的振动信号模型
在对啮合点故障时的振动信号模型的频谱进行分析的时候，首先需要建立相应的故障信号调幅调频模型，进而确定传感器所测试到的振动信号不受传递路径的影响，或者受到传递路径的影响值处于固定状态，在此基础上对振动信号的传递路径的时变性进行分析，并且进一步对传感器所测试到的振动信号建立相应的信号模型，对行星齿轮箱内部的局部齿轮故障状态的振动信号频谱进行分析并总结。
2.2建立传递路径对振动信号的影响分析模型
传感器需要通过传递路径来获取振动信号，因此，如果行星齿轮箱的局部齿轮发生故障，故障状态下的振动信号主要通过三条传递路径到达传感器。如果故障发生于行星轮的轮齿上，则振动信号通过第一条传递路径再经过箱体到达传感器。在第二条传递路径中，故障振动信号依次通过啮合点、太阳泪、支承轴承、轴承座和箱体到达传感器。在第三条传递路径中，故障振动信号经由啮合点传至行星轮的轴承，进而传递至行星架和支承轴承，最后通过轴承座和箱体到达传感器。
2.3太阳轮局部故障时的振动信号模型
如果太阳轮的轮齿出现故障，那么轮齿与行星轮的啮合点会根据太阳轮的转动而产生变化。一般来说，当太阳轮的轮齿出现故障，如果啮合点距离传感器位置较近，则传感器接收到的故障振动信号会更加强烈，而随着太阳轮的转动，传感器接收到的信号强度会由强变弱，直到最弱点，而后振动信号的强度会由弱变强，整体上呈现周期性循环，并且随着太阳轮的转动，太阳轮局部故障振动信号会出现调幅效应。
2.4行星轮局部故障时的振动信号模型
类似于太阳轮局部故障时的振动信号模型，当行星轮局部故障时，其信号振动模型也会出现调幅效应，当行星轮的轮齿出现故障时，轮齿和太阳轮以及齿圈的啮合点也会随着行星架的转动产生变化，一般而言，如果啮合点远离传感器，振动信号强度会降低，如果啮合点靠近传感器，则振动信号的强度会升高。
总的来说，当太阳轮局部轮齿故障或者行星轮局部轮齿故障时，其振动信号的调幅效应及振动信号模型都可以通过Hanning函数表示。
三、小结
本文在对行星齿轮箱及其故障类型进行概述的基础上，分析了齿轮的局部轮齿出现故障时的振动信号模型，并对太阳轮和行星轮的局部轮齿故障的振动信号模型的调幅效应进行了阐释，进而对齿轮的局部轮齿故障时的振动频谱特征进行了简答分析与总结。
参考文献
[1]王海峰，李峰，左天宇等.行星齿轮箱齿轮局部故障振动频谱特征[J].商品与质量，2016，（50）：394.
[2] 王一凡，李方义，贾秀杰等.浮动式齿圈行星齿轮箱齿轮故障振动频谱模型[J].计算机集成制造系统，2017，23（9）：1875-1882.