行星齿轮箱振动故障诊断方法(冯志鹏,褚福磊,左明健著)思维导图

行星齿轮箱状态监测和故障诊断概述 摘要 行星齿轮箱与定轴齿轮箱截然不同，具有独一无二的特性，因此，在定轴齿轮箱上应用良好的故障诊断方法并不适用于行星齿轮箱。对定轴齿轮箱的状态监测和故障诊断方面的研究已经很多，但是对行星齿轮箱在这方面的研究还不足，然而，我们发现关于行星齿轮箱的状态监测和故障诊断方面的文献已经出现在学术期刊、会议纪要和技术报告中。这篇论文的目的就是回顾和总结这些文献，并为对这个方向感兴趣的研究人员提供综合的参考。本文对行星齿轮箱和定轴齿轮箱的结构作了简单介绍和对比，阐述和分析了行星齿轮箱独有的特征和故障特点，基于目前可采用的方法对行星齿轮箱的状态监测和故障诊断方面的研究进展进行了总结。最后，讨论了目前存在的问题，指出了潜在的研究方向。 1.引言 由于行星齿轮箱具有大传动比和重载特征，其被广泛应用在航空航天、汽车和重工行业，例如直升飞机、风力涡轮机和重型卡车[1,2]。行星齿轮箱通常工作在恶劣的工况下，例如，其关键组件齿轮和轴承的损伤模式一般为疲劳裂纹和点蚀[3]，行星齿轮箱的任一失效都有可能引起整辆列车的停车，造成巨大的经济损失和人员伤亡，行星齿轮箱的状态监测和故障诊断目的是避免事故的发生，并降低用户使用成本。 齿轮箱的状态监测和故障诊断已经引起了越来越多的关注[4-6]。然而大多数的研究集中在定轴齿轮箱上，定轴齿轮箱所有的齿轮都绕某一根固定轴转动[7-10]（见图1）。行星齿轮箱与定轴齿轮箱最根本的不同就在于其具有一组行星 图1 齿轮传动机构，图2所示的行星齿轮箱是一组负责的齿轮系统。他包括一个内齿圈，一个绕着固定轴转动的太阳轮和几个绕着自身中心转动的同时又绕着太阳轮中心转动的行星轮。由于具有如此复杂的传动结构，行星齿轮箱表现出独有的特性，因此，在定轴齿轮箱上应用很好的故障诊断方法不适用于行星齿轮箱。 与定轴齿轮箱相比，行星齿轮箱在状态监测和故障诊断方面的研究没有那么

减速机常见故障合集 基础 1、减速机是一种动力传递机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。 2、减速机的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星减速机以及它们互相组合起来的减速机；按照传动的级数可分为单级和多级减速机；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥一圆柱齿轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速机。 3、齿轮采用油池润滑和循环润滑两种形式。 4、润滑油应定期检查更换，新安装的减速机第一次使用时，在运转10－15天以后，须更换新油。以后应定期（2-3个月）检查油的质量状况，发现不符合要求时应立即更换，一般至少每半年换油一次。 简单分析 2.1、减速机齿轮点蚀与剥落由哪些原因？ 答：a.材质、硬度和缺陷。齿轮的材质不符合要求；影响齿轮接触疲劳强度的主要因素是热处理后的硬度较低，无法保证齿轮应有的接触疲劳强度。此外，齿表面或内部有缺陷，也是接触疲劳强度不够的原因之一。 b.齿轮精度较差。齿轮加工和装配精度不符合要求，如啮合精度、运动精度较差等。还有圆弧齿轮的壳体中心距误差太大。

c.润滑油不符合要求。使用的润滑油的牌号不对，油品的粘度较低，润滑性能较差。 d.油位过高。油位过高，油的温升高，降低了润滑油的粘度，破坏了润滑性能，减少了油膜的工作厚度。 2.2、请简单分析减速机串轴原因？ 答：a.是由于断齿使输入轴失去轴向约束而发生串轴。 b.是中间轴上的从动齿轮与轴紧固不牢所致。在实际传动中，往往由于从动齿轮与中间轴之间的过盈量不够，从动齿轮相对中间轴产生轴向串动，进而使输入轴发生轴向串动。因此，过盈量不够是造成减速机串轴的主要原因。 c.减速机的转向对串轴也有一定的影响。 2.3、请简单分析减速机油温过高的原因？ 答：a.润滑油不合格或使用时间过长。 b.润滑油过多，不利于齿轮箱内机构散热。 c.机件损坏。机件损坏包括齿轮点蚀严重，断齿，轴承保持架、内外圈、滚珠损坏以及轴承抱死或轴变形严重； d.箱体外部被杂物或灰尘覆盖。当减速机周围堆放东西或机体表面长期没有清理时，有可能因杂物或灰尘的覆盖导致减速机散热不完全以致使油温升高； e.冷却装置堵塞或失效。冷却装置同减速机一样置于灰尘较大的厂房中，如果长期工作而未清理内部的管路造成冷却装置堵塞或冷却装置坏掉时，都会引起减速机油温升高；

减速机常见故障合集 1基础 1、减速机是一种动力传递机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。 2、减速机的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星减速机以及它们互相组合起来的减速机；按照传动的级数可分为单级和多级减速机；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥一圆柱齿轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速机。 3、齿轮采用油池润滑和循环润滑两种形式。 4、润滑油应定期检查更换，新安装的减速机第一次使用时，在运转10－15天以后，须更换新油。以后应定期（2-3个月）检查油的质量状况，发现不符合要求时应立即更换，一般至少每半年换油一次。 2简单分析 2.1、减速机齿轮点蚀与剥落由哪些原因？

答：a.材质、硬度和缺陷。齿轮的材质不符合要求；影响齿轮接触疲劳强度的主要因素是热处理后的硬度较低，无法保证齿轮应有的接触疲劳强度。此外，齿表面或内部有缺陷，也是接触疲劳强度不够的原因之一。 b.齿轮精度较差。齿轮加工和装配精度不符合要求，如啮合精度、运动精度较差等。还有圆弧齿轮的壳体中心距误差太大。 c.润滑油不符合要求。使用的润滑油的牌号不对，油品的粘度较低，润滑性能较差。 d.油位过高。油位过高，油的温升高，降低了润滑油的粘度，破坏了润滑性能，减少了油膜的工作厚度。 2.2、请简单分析减速机串轴原因？ 答：a.是由于断齿使输入轴失去轴向约束而发生串轴。 b.是中间轴上的从动齿轮与轴紧固不牢所致。在实际传动中，往往由于从动齿轮与中间轴之间的过盈量不够，从动齿轮相对中间轴产生轴向串动，进而使输入轴发生轴向串动。因此，过盈量不够是造成减速机串轴的主要原因。 c.减速机的转向对串轴也有一定的影响。 2.3、请简单分析减速机油温过高的原因？ 答：a.润滑油不合格或使用时间过长。 b.润滑油过多，不利于齿轮箱内机构散热。

行星齿轮箱故障诊断技术的研究进展 摘要：行星齿轮箱在现代机械中应用十分广泛，并且还发挥着重要作用。但是在运行过程中由于环境问题、使用问题等原因，会出现不同程度的磨损或裂纹等故障，而现有的故障诊断技术又不能满足其发展的需要，因此加大对诊断技术的研究，有效解决齿轮箱故障问题，有助于提高机械设备的运行效率。 关键词：齿轮箱；故障；原因；发展 齿轮箱属于故障多发部件，对于行星齿轮箱故障的诊断主要是通过对相关数据的监测进行分析、处理，从而判断齿轮箱的运行状况，达到事前预防、事后处理的目的。 1行星齿轮箱常见故障分析 行星齿轮箱常见故障有齿轮损伤、轴承损坏及运转异常、断轴、渗漏油、齿轮箱异响、振动较大、油温油压异常、连接螺栓损坏、润滑系统故障等。 1.1齿轮损伤 齿轮损伤主要包括轮齿折断（断齿）、齿面疲劳（点蚀）、齿面胶合、齿面磨损等。对齿轮箱中齿轮出现的故障，国内外的观察结果或报告都较为一致，即发生最多的仍为齿面的损坏，从应用初期的微点蚀，到逐步扩展的大面积点蚀、剥落或磨损。断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。突发性的阵风或者电网故障导致的突发载荷、发生故障时的紧急制动等，都会产生较大载荷，有时甚至超过额定载荷数倍，引起齿轮的过载折断。在行星齿轮箱内部行星级、低速中间级、高速级都曾出现的情况中，齿轮断齿的情况最为严重，一旦出现断齿的情况，大部分齿轮箱需要下塔进行维修 1.2轴承损坏 轴承是行星齿轮箱中一个相对薄弱的环节。统计数据表明早期的行星齿轮箱故障大多是由轴承引起的。随着现场经验的增多，目前轴承引起的故障明显降低，但在齿轮箱故障中仍占有一定比例，其失效常常会引起齿轮箱灾难性的破坏。由于涉及选型不当、安装偏差、润滑不足等方面的原因，极易发生轴承烧毁，滚道表面发生点蚀、裂纹、表面剥落等损坏及轴承温度异常等情况。 1.3齿轮箱渗漏油 齿轮箱的渗漏油情况主要发生在箱体与齿圈结合面、端盖与箱体结合面、低速轴和高速轴轴颈处、润滑冷却系统管接头处等。箱体与齿圈结合面漏油的可能原因有箱体与齿圈连接螺栓松动、箱体与齿圈结合面安装密封胶条的环槽设计不当，密封胶条选用不合适等。

风电齿轮箱常见故障及原因分析 发表时间：2019-04-23T11:22:16.550Z 来源：《基层建设》2019年第2期作者：郭金伟 [导读] 摘要：根据多年来制造和检修风力发电机齿轮箱的经验，总结了风力发电机齿轮箱的常见故障，分析了各种故障模式。 弗兰德传动系统有限公司天津市 300400 摘要：根据多年来制造和检修风力发电机齿轮箱的经验，总结了风力发电机齿轮箱的常见故障，分析了各种故障模式。目的是快速准确地确定风力发电机变速箱运行维护人员的故障点，并采取相应的处理方法，提供技术指导。 关键词：风电齿轮箱；常见故障；原因 引言 目前，世界能源供应主要依靠煤炭和石油等常规能源，但这些都是不可再生资源，给人们的生活带来了好处，但也造成了大气和水资源的严重污染，并日益威胁着人们的身体健康。和心理健康。寻找和开发替代清洁能源已成为全世界关注的焦点。风能是一种可再生资源，存在于自然界的每个角落。用它来发电将具有清洁无污染，投资回报高，取之不尽，建设周期短等优点，已被世界各国广泛采用。 近年来，中国还在海南和内蒙古建立了几个风力发电厂。根据制定国家发展计划的“十一五”规划，中国计划到2010年底使用国产设备建设1000万千瓦的大型风力发电机组。由于风资源的限制，风力涡轮机通常建在人口稀少的地方，长时间经受恶劣的自然环境，造成频繁的故障和经济损失。动力传动机构 - 风力齿轮箱是发电机组的重要组成部分，也是故障概率最高的部分。如何进行日常检查，提前预测运行中的工作状态和异常类型，合理安排设备零件的更换和维护，提高发电机组的运行效率并确保供电非常重要。 1、风电齿轮箱结构形式 风力齿轮箱是适用于恶劣环境的高速变速箱，由于风和风资源的影响，其动力非常复杂。在早期设计阶段，应充分考虑负荷，风速，风向突变，强风，地理环境等因素对变速箱的影响。目前，风力发电机齿轮箱的整体设计：一级行星+两级平行轴设计，两级行星+平行一级轴设计，内齿轮NW型旋转齿轮，一级行星+一级平行轴设计。变速箱主要由内齿轮，行星齿轮，太阳能轴，齿轮，齿轮轴，轴承，箱体等组成，输出功率由各种传动结构提供。 2、风电齿轮箱常见故障 2.1、齿面磕碰、划伤、胶合、点蚀 初始变速箱操作具有异常振动或声音并具有一定的规律性。振动频率与齿轮箱的旋转速度和齿轮齿数成数字匹配。这种类型的破损是由于在组装过程中刮擦牙齿表面引起的。您必须根据振动频率判断变速箱的特定部件是否有缺陷。齿面的粘接和点腐蚀也是在齿轮箱操作期间引起振动和声音异常的缺陷，这通常在一段操作之后发生。由于润滑不良，传动啮合位置的油膜受损，因此接触表面的金属焊接到齿面上的金属上。长期加载时，齿轮接触面上的疲劳剥落会导致精确腐蚀并出现凹坑。牙齿表面点蚀的主要原因是牙齿表面的疲劳强度不足。此外，材料，硬度，缺陷，齿轮精度差，润滑不良和油温高都会导致齿面点蚀，根据齿面的粘接程度和点蚀程度，可以通过磨削，更换润滑油系统，提高系统的过滤精度等来改善，并且应该认真对待塔架。 大量研究和观察表明微点蚀主要发生在低速，而其他品种很少见，通常认为其原因与风力涡轮机齿轮箱的运行状态有关，例如改变速度和负载，此外，油的表面粗糙度和表面光洁度，水含量，粘度，润滑性等也具有微点蚀，直接影响牙齿表面的润滑不足也会使牙齿表面之间的润滑剂状况恶化，这将加剧牙齿表面上的摩擦发生和微点蚀。齿轮强度设计不足，齿轮热处理质量不能满足要求，齿面硬度不足，可能导致点腐蚀的发生。 2.2、齿轮箱的振动及声音异常 相对运动是变速箱产生的振动和声音的来源。齿轮和轴承是变速箱传动的主要部件。因此，齿轮箱的振动和异常声音主要是由齿轮断裂，齿面碰撞和齿轮引起的。在操作过程中产生胶合和点蚀，长时间齿轮箱的齿面生锈，轴承质量问题，联轴器未对准，动态平衡过大严重影响齿轮箱内部零件的运动。 2.3、轴承失效 作为旋转部件，轴承受到齿轮箱结构尺寸的限制，并且必须承受复杂的负载和各种恶劣的工作环境。特别是承受高速和重载的输出级轴承通常成为变速箱中最薄弱的环节。轴承故障也是风力涡轮机齿轮箱振动和噪音的主要原因。 齿轮箱清洁度差，异物进入轴承工作表面，导致轴承表面之间产生相对滑动摩擦，导致工作表面金属连续磨损。局部摩擦产生热量，导致摩擦表面局部变形和摩擦微焊。相对运动引起磨损，外圈或滚动元件呈槽状磨损，润滑性差，滚动元件的不规则滚动导致磨损失效。轴承断裂失效的主要原因是缺陷和过载的两个主要因素。当主机突然失效或安装不正确时，施加的载荷超过材料强度限制并且轴承过载和损坏。轴承材料本身具有诸如微裂纹，缩孔，气泡，超标的夹杂物，过热结构和局部烧伤等缺陷，在冲击过载或剧烈振动的情况下将导致缺陷处的缺陷断裂。 2.4、润滑与密封系统 2.4.1、油温和油压异常 变速箱油的高温是风力齿轮箱中的常见故障，主要原因是油泵温度控制阀出现故障，因此润滑油不会通过冷却风扇而是直接返回变速箱，另外，需要检查变速箱的油位是否正常，油位传感器是否损坏，油冷却器是否工作或设定值是否过高。齿轮箱润滑油的入口压力低，这通常是由润滑系统的过滤元件堵塞引起的，因此润滑油不能通过过滤元件有效地送到冷却风扇或齿轮箱，从而产生润滑油不足和差压传感器报警，通过清洁或更换相关部件来消除问题。 2.4.2、润滑油黏度变化 风电润滑油工作时间长，每天运行，负载大，油温高，润滑油比其他润滑油易氧化，氧化形成的污泥和在强负荷作用下破裂的油链会改变油。产品的粘度导致油的粘度先下降然后再次上升。如果油的粘度低，则承载能力不足，这将增加齿轮和轴承的磨损。油分析中的粘度变化和污染程度增加，元素中的金属超标。当润滑油粘度高时，机械操作阻力增大，流动不顺畅，油温和油压过高，润滑不及时，齿面胶合并且轴承被加热和变形。 2.4.3、磨损检测 由于当齿轮啮合时齿面接触是渐开线接触，因此几乎不会发生相对滑动，并且由于润滑油的作用，具有更高精度的齿轮非常小，异常

时变转速工况下行星齿轮箱故障诊断方法研究行星齿轮箱较之于传统定轴齿轮箱而言,具有传动比高、负载能力强、结构紧凑等优势,因此被广泛应用于风力发电、重载车辆、船舶运输等工业现场。然而,由于这些复杂装备长期在沙尘、腐蚀等恶劣环境条件下工作,行星齿轮箱容易出现齿面划痕、齿根裂纹、齿轮疲劳断裂等缺陷。这些故障可能导致系统振动加剧、传动效率降低、计划外停机甚至整体结构毁坏等后果,造成严重经济损失。因此,行星齿轮箱的状态监测与故障诊断,对保障工业设备安全高效运行、减少不必要的经济损失、避免重特大工业事故,有着十分重要的意义。然而,对于行星齿轮箱故障诊断问题,目前仍存在两方面难点尚未得到 有效解决:(1)行星齿轮箱的故障机理和特征形式尚未得到系统梳理 总结。现有参考多基于固定转速条件下的频谱峰值分布,而未考虑时变转速工况下时变边带的特征。并且大多数研究只针对横向振动,并未考虑其它物理量特征的故障特征反馈。(2)时变转速工况下的行星齿轮箱非平稳信号分析方法还有待进一步提高。行星齿轮箱信号具有复杂的调幅调频结构,在时变转速工况下,旋转相关的特征频率呈现 时变特性,基于时域或频域的故障诊断方法难以揭示变化的频率特征,而常用的时频分析方法存在时频分辨率低或交叉项/自项干扰等缺陷,难以准确显示复杂的时变故障特征。本文针对以上两方面难点,对行星齿轮箱时变转速工况下的故障诊断问题,进行了深入研究。从理论建模、非平稳信号时频结构分析、故障特征提取方面入手,通过理论推导、仿真分析和实验验证,完成了一系列创新研究:1.在理论建模方

面,系统总结了包括横向振动信号、扭转振动信号、电机电流信号在内的3种行星齿轮箱特征信号解析模型,并具体实现了:(1)将现有的恒定转速故障特征推广至更通用的时变转速工况故障特征;(2)将故障调制特征的载波成分从常用的啮合频率推广至固有频率;(3)将基于横向振动的行星齿轮箱故障特征规律研究延伸至扭转振动信号和感应电机定子电流信号分析。这些研究为行星齿轮箱故障特征提取提供了理论基础。2.在非平稳信号时频结构分析方面,考虑传统时频分析方法在应对行星齿轮箱故障诊断问题上的局限和不足,应用前沿信号处理方法进行故障特征提取,并针对性地做出了改进和创新:(1)针对传统方法时频分辨能力不足的问题,应用重排小波尺度谱,有效提取了时变边带和冲击特征;(2)针对重排方法应对复杂时频结构的不足,提出基于迭代广义重排的多种高性能时频分布;(3)针对前沿的同步压缩变换理论,改进其时间方向定位能力的不足,提出迭代广义同步压缩变换方法。这三种方法具有时频精度高、无交叉项或自项干扰的优点,能够适应复杂结构的行星齿轮箱非平稳信号特征提取问题。 3.在故障特征提取方面,将传统的幅值解调和频率解调分析方法推广到了时变转速的条件,并基于迭代广义解调提出了一种新的阶比谱分析方法。此外,针对扭转振动信号提出了基于扭转共振边带识别的故障诊断方法,针对电流信号提出了基于时变空间向量分析的故障诊断方法。为多渠道、更方便地提取非平稳故障特征提供了有效途径。本论文中,结合不同齿轮故障条件下的行星齿轮箱时变转速测试结果,验证了所提出的行星齿轮箱时变转速工况下的横向振动、扭转振动以

一、齿轮箱的故障及原因分析 二、齿轮油的工作原理 三、齿轮油的要求及标准 四、奥吉娜产品的优势 五、世界先进的检测设备 一、齿轮箱的故障及原因分析 风电场的核心是风力发电机组 风电机组的核心是齿轮箱 国内风力发电机组80%的停机故障是因为齿轮箱问题。 风机齿轮箱出现故障的零部件及概率分别为：轴承81%，齿轮14%，泵4%，机架1%。 从齿轮箱区域划分看，行星轮组是变速箱最易出现故障的部位，故障率为55%，是一个太阳轮行星轮机构，它是实现变速的核心。 从现象的划分方式：轴承损坏、齿轮损伤、断轴和渗漏油、油温高等。 无论从技术、成本还是质量方面，齿轮箱都是核心 轴承的故障是因为： 润滑: 34% 疲劳: 34% 安装：16% 污染：16% 个人观点：轴承的不对中、不平衡、机件松动、轴的弯曲等对轴承的寿命都会有影响。按照统计，70%的轴承没有到设计寿命。 主轴的断裂大多是：制造水平问题，没有消除交变应力因素。表面的光洁度和轴的刚度是决定性因素。 改进方式 1、齿轮设计 2、材料选用 3、表面硬度（热处理、表面渗碳） 4、加工精度（磨齿工艺，齿轮级别从6级提高到4级甚至3级） 5、装配工艺（对中找正） 6、润滑 二、齿轮油的工作原理 风力发电机组的齿轮箱是闭式齿轮传动 润滑油的设计和选用涉及到： 齿轮润滑和滚动轴承润滑

因齿轮润滑条件恶劣，所以，齿轮啮合的传动润滑设计的结果，适用于滚动轴承的润滑 齿轮润滑设计主要要考虑两个方面： 1、抗点蚀能力 2、抗胶合能力 齿轮齿廓曲率小，形成油楔条件差 齿轮接触压力高，而且即滚动又滑动，滑动的方向和速度变化快 油膜形成条件差，每次都形成新的油膜，润滑是断续性的。 齿轮负荷大，摩擦产生的热量也大，油温升温快，加速油膜的破坏 齿轮的材料、热处理、加工和装配精度及齿面粗糙度等影响因素。 润滑油设计计算 一、粘度计算选择：根据力/速度因子的结果选择 二、齿轮油品种计算选择： 1、根据齿面接触应力选择 2、根据齿面积分温度选择：齿面积分温度<胶合临界温度 齿轮动压油膜很难形成，靠极压化学膜保护金属表面，所以选择时可以适当的降低润滑油的粘度。 有兴趣的可以研究一下 润滑对点蚀的影响 点蚀的程度和发生的时间，主要取决于接触应力大小，载荷循环数、材料硬度、表面微观几何形状及润滑状态和润滑膜厚度。因此，如果润滑油选用不当，或润滑方式不良，均会引起或促使疲劳点蚀。影响的方式主要有： 1、粘度 使用低粘度油，因为流动性较好，容易渗人表面裂纹中，加速裂纹的发展和金属块的脱落，引起点蚀。高粘度的油对于渗入裂纹的作用没有稀油活泼，同时，粘度高有利于油膜的建立和油膜厚度的增大，并且油的弹性可缓和冲击，使接触应力的分布更趋于均匀，相对地降低了最大应力值，增强了齿面的耐点蚀能力。所以适当提高润滑油的粘度，可以减少表面疲劳点蚀的发生和扩展。 2、添加剂 润滑油中的添加剂对点蚀也有影响，特别是极压添加剂，如果使用不当，往往造成腐蚀加速点蚀生成。为了防止点蚀，使用极压添加剂必须慎重考虑，对添加剂的组分，用量，齿轮的材质，接触应力，负荷性质，速度，环境温度等都应十分注意，不能随便采用。 3、润滑方式 3、润滑方式与抗点蚀能力的关系： 油浴法比循环喷油法抗点蚀能力高11% 油浴法：啮出侧比啮入侧抗点蚀能力高8% 循环喷油法啮出侧比啮入侧抗点蚀能力高20% 当润滑油达到粘着极限时，点蚀倾向随油量增大而增加 润滑方式与供油量对点蚀也影响。从防疲劳点蚀出发，供油量不宜过多。供油量过多，会有部分油因在啮合的齿面间，受到挤压，从而产生局部高压，增加接触应力。同时油在高压作用下渗人裂纹的量

行星齿轮减速器齿轮故障诊断和信号处理 方法综述 崔永祥张坤 （郑州大学机械工程学院河南郑州 450001） 摘要：根据行星齿轮减速器和定轴齿轮减速器的区别和联系，分析了行星齿轮系中齿轮的故障特点和形式，对已有学者的研究成果进行了分析，确定了正确的齿轮系齿轮故障信号的模型和分析方法，并提出了多级行星齿轮减速器故障诊断的方法的区别性。 关键词：行星齿轮系、故障诊断、信号分析 行星齿轮减速器是采用行星齿轮传动系统的减速装置，它和传统的定轴齿轮传动的减速装置有很大区别。行星齿轮系中的一个或一个以上齿轮（行星轮）的轴线绕另一齿轮（太阳轮）的固定轴线回转，因此它与定轴轮系的根本区别在于行星轮系中具有转动的行星架，从而使得行星轮系既有自转，又有公转。行星齿轮传动的主要特点是体积小，传动比大、承载能力大，工作平稳；因此已被广泛应用于风力发电、航空、船舶、冶金、石化、矿山、起重运输、建材等行业的机械传动系统中。 行星齿轮减速器通常工作在低速重载的恶劣环境下，而且在整个工作系统中具有重要的地位，它一旦出现故障会导致整个工作系统的延时或停滞，势必会给企业带来重大的经济损失，因此对行星齿轮减速器故障的分析和研究具有非常重要的现实意义。 一、行星齿轮减速器的结构和齿轮故障特点分析 行星齿轮传动系统的基本部件有太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈。根据行星齿轮减速器的具体结构有很多不同的分类方法，简单的我们可以用一级减速、二级减速、三级减速和四级减速来加以区别。其中二级减速以上的减速器的太阳轮采用浮动联接的方式，因此在故障机理和信号传递路径和方式上有很多相同之处，运动形式和自身结构都更加复杂，所以以一级减速行星齿轮减速器进行分析。 在一级行星齿轮减速器中，通常情况下太阳轮固定在主动轴上，若干个行星轮分别和太阳轮、内齿圈啮合，通过行星架输出动力或运动。轮系的主要故障有点蚀、齿面磨损、断齿等。常见齿轮故障的发生比例为：齿面磨损为10%，点蚀为31%，断齿为41%，其他为18%。齿面磨损通常发生在齿轮工作一定时期以后，初期的齿面磨损不易发现，当磨损达到一定的程度才会在振动信号才有明显的显示，齿轮的啮合频率及其谐波的幅值明显增大。断齿一般是因为齿轮传动中的循环应力作用超出了轮齿材料的疲劳极限，逐渐在齿根产生裂纹，进而发展成断齿。断齿故障的振动信号通常以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，故障齿轮（针对太阳轮）所在轴转频及其倍频为调制频率，调制边频带宽而高。对于行星齿轮其载波频率为齿轮的啮合频率或其倍频，调制频率为故障齿轮的特征频率或其倍频。 二、行星齿轮减速器齿轮振动信号的特点 由于行星齿轮减速器传动系统中有既自转又公转的行星齿轮，它的振动信号不仅包含太阳轮，行星轮、内齿圈和行星架的旋转频率还包含它们之间相互啮合的啮合频率，此外还有以上频率的倍频和其他部件产生的振动信号的叠加。 通常，传感器安装在齿圈或与之相连的箱体上采集振动信号。太阳轮–行星轮以及行星轮–齿圈啮合副的啮合点相对传感器的位置随行星架旋转变化，使得啮合点至传感器之间的