考慮齒面閃溫的風電齒輪箱裂紋故障特征分析

張旭，鐘家欣，李偉

（1.天津工業大學 天津市現代機電裝備技術重點實驗室 天津 300387；2.天津城建大學 能源與安全工程學院 天津 300384）

齒輪箱作為風力發電機組中變速的關鍵部件，通常承受隨機風沖擊與電網波動雙重載荷的作用，容易發生局部故障和分布式故障[1]。其中，齒輪表面出現裂紋是齒輪箱最常見的局部故障之一。當裂紋擴展到一定程度時，輪齒將會發生斷裂，引起更大的嚙合沖擊，甚至造成整個齒輪的完全失效，最終影響風力發電機組的安全、可靠運行[2]。此外，齒輪嚙合過程中齒面摩擦會在嚙合處產生大量的熱，造成嚙合表面溫度升高，以至嚙合點周圍出現局部變形，從而影響齒輪的剛度[3]。因此，進行計及齒面閃溫影響的齒輪裂紋故障特征研究對風電齒輪箱的故障狀態與程度監測具有重要的理論意義和工程應用價值。

齒根裂紋會影響齒輪的時變嚙合剛度，利用勢能法、有限元法、實驗法等可以對其進行準確計算。其中，勢能法的計算效率最高，故國內外學者多采用其開展齒輪裂紋嚙合剛度計算的研究[4-6]。Wan等[7]提出一種改進的時變嚙合剛度算法，考慮橫向和扭轉振動方向建立含有輪齒裂紋齒輪轉子系統耦合動力學模型，分析裂紋故障對振動響應的影響。Wang 等[8]應用勢能法計算包含彎曲剛度、剪切剛度、軸向壓縮剛度、赫茲剛度和圓角基礎剛度的直齒輪副裂紋時嚙合剛度，研究不同裂紋水平對齒輪動力學特性的影響。Yang 等[9]利用勢能法得到含有齒根裂紋的直齒圓柱齒輪嚙合剛度，通過峰值、均方根值、峰值因子等統計指標評估齒輪系統的振動行為和故障條件。……