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摘要：近年来，行星齿轮箱故障诊断技术得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了行星齿轮箱故障诊断的特点与难点，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就行星齿轮箱故障诊断存在的关键问题及解决途径展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：行星齿轮箱；故障诊断；技术；研究
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，行星齿轮箱故障诊断的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对行星齿轮箱故障诊断技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
行星齿轮箱具有重量轻、体积小、传动比大、承载能力强、传动效率高等诸多优点，因此已被广泛应用于风力发电、航空、船舶、冶金、石化、矿山、起重运输等行业的机械传动系统。行星齿轮箱通常工作在低速重载的恶劣环境下，所以太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架等关键部件的严重磨损和疲劳裂纹等故障时有发生。例如，美国国家航空和宇宙航行局在一次常规的检测中，意外发现美国“黑鹰”直升机行星齿轮箱中行星架上出现的长达25cm的严重裂纹，这让美国国家航空和宇宙航行局高度紧张。近年来对此行星架裂纹产生原因的追溯，仍是美国国家航空和宇宙航行局研究的热点之一[1]。再如，目前各国政府高度重视可再生能源利用，风电作为一种丰富洁净的可再生能源发展迅猛，而行星齿轮箱是风电的关键装置之一，在无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的瞬时冲击下工作，故障率极高[2]。丹麦某公司的风电齿轮箱在运行中内齿圈出现的严重裂纹令商业的在线监测与诊断系统束手无策，传统的信号处理方法也无能为力，最终造成严重的经济损失[3]。概而言之，行星齿轮箱中一旦某个部件出现故障，就可能引发连锁反应，导致整个传动系统的停机，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。
3行星齿轮箱故障诊断的特点与难点
行星齿轮箱不同于各个齿轮以其固定的中心轴旋转的定轴传动齿轮箱。行星齿轮传动系统由太阳轮、多个行星轮、内齿圈和行星架等组成。通常内齿圈固定不动，太阳轮绕自身的中心轴旋转，而几个行星轮不仅绕各自的中心轴自转，同时绕太阳轮的中心轴公转，并与太阳轮和内齿圈同时啮合。因此，行星齿轮箱中齿轮运动是典型的复合运动，其振动响应比定轴传动齿轮箱更为复杂，相应的故障诊断问题具有自身的特点和难点。
3.1多模式混淆和振动传输路径复杂导致故障响应微弱。除了齿轮的故障引起动态信号调制外，多个承载的行星轮与传感器相对位置的改变也会产生调制，两种调制模式造成动态信号的模式混淆；此外传感器获取又是经过了复杂传输路径衰减后的信号，因此故障响应极其微弱。
3.2载荷大范围瞬时波动引起振动强烈的非平稳性。载荷大范围瞬时波动是行星齿轮箱典型的运行工况，这种载荷波动直接导致齿轮箱的振动响应具有明显的非平稳性。载荷瞬时变化引起的非平稳性和齿轮箱局部故障引起的非平稳性相互叠加反映在振动响应中，从而困扰着行星齿轮箱故障的诊断。
3.3多对齿轮啮合的振动相互耦合造成振动明显的非线性。太阳轮、多个行星轮、内齿圈以及行星架等多个部件的振动以及部件之间的多个啮合振动相互耦合，使得测到的振动信号具有强烈的非线性，这大大增加了信号分解的难度。
3.4低频特征频率成分噪声污染严重。低速重载的恶劣运行环境导致行星齿轮箱的振动信号噪声污染非常严重；而行星齿轮箱大传动比决定了某些特征频率极低，因此低频成分噪声污染严重，故障特征提取极为困难，故障微弱特征的提取更是难上加难。
3.5动态响应信号频谱分布及特征频率的复杂性与独特性。多对齿轮啮合的复杂传动链决定了行星齿轮箱特征频率明显不同于定轴传动齿轮箱。行星齿轮箱特征频率不仅取决于齿轮转频、齿数，还决定于行星轮个数、啮合相位、相位关系等因素。同步啮合相互增强，异步啮合相互抑制，从而导致动态响应信号的特征频率呈现出更为复杂和独特的分布规律。
4行星齿轮箱故障诊断存在的关键问题及解决途径
4.1关键问题
4.1.1已有的行星齿轮箱动力学模型建立在很多假设之上，不能精确反映实际行星齿轮箱传动模式；而且大多只是对正常行星齿轮箱系统的动力学建模和研究，缺乏故障行星轮系统建模分析。因此，此类模型响应特征的准确性不足，难以有效指导行星齿轮箱的故障诊断。
4.1.2现有的研究工作大多集中在行星齿轮箱中太阳轮、内齿圈、行星架等定轴传动或相对静止部件的损伤检测与故障诊断，而对于既自转又公转的行星轮的复杂诊断问题研究甚少，而且缺乏不同故障模式以及故障等级定量识别的系统性研究工作。
4.1.3基本是借助定轴传动齿轮箱故障诊断技术试图解决行星齿轮箱的诊断问题，很少采用具有针对性和行之有效的分析方法来诊断行星齿轮箱故障，因此没有从根本上揭示故障与动态响应信号之间的映射关系以及故障的产生和动态演化机理。
4.2解决途径
针对行星齿轮箱故障诊断的特点与难点，以及目前研究中存在的关键问题，作者认为应该从以下几个方面深入开展行星齿轮箱诊断的研究工作，以弥补现有理论与技术的不足，从而为行星齿轮箱故障诊断与维护提供可靠的理论依据和有效的技术手段。
4.2.1建立考虑运行工况和关键部件损伤程度的故障行星齿轮传动系统动力学模型；深入研究模型中系统参数、故障程度、刚度变化和模型响应等因素之间的相互关系；提高行星齿轮箱动力学模型精度以更好匹配实际中运行的行星齿轮箱特性。
4.2.2深入研究行星齿轮箱传动机理和振动传输路径；选择敏感测点；研究基于敏感测点的多传感器信息融合技术，为行星齿轮箱诊断提供丰富、精确和可靠的数据源。
4.2.3研究振动响应与载荷波动之间的潜在关系，提出载荷波动反演算法以削弱甚至消除振动响应中的载荷波动干扰量，从而建立对载荷波动不敏感的行星齿轮箱故障诊断方法。
4.2.4提出多模式混淆信号的解耦方法以解决行星齿轮箱中多个啮合振动相互耦合和多个调制模式混淆的问题，实现行星齿轮箱故障模式分量的准确提取。
4.2.5集成现代信号处理技术，提出具有针对性的行星齿轮箱故障动态特征获取方法，通过抑制噪声或者利用噪声以提取强背景噪声下的故障微弱特征，有效诊断与预示行星齿轮箱早期或潜在故障。
4.2.6通过基于动力学模型的分析与系统性的试验研究，明确行星齿轮箱状态信号与损伤状况等因素之间的映射关系，在此基础上揭示行星齿轮箱故障产生与动态演化机理。
5结束语
综上所述，加强对行星齿轮箱故障诊断技术的研究分析，对于其良好诊断效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的行星齿轮箱故障诊断过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]王世宇，张策，宋轶民，等.行星传动固有特性分析[J].中国机械工程.2016（10）：60-62.
[2]宋轶民，张俊，张君，等.3K-II型直齿行星齿轮传动的固有特性[J].机械工程学报.2017（01）：115-116.
[3]孙涛，胡海岩.基于离散傅里叶变换与谐波平衡法的行星齿轮系统非线性动力学分析[J].机械工程学报.2016（09）：88-89.
[4]袁茹，纪名刚.航空行星减速器的振动特性分析[J].航空动力学报.2016（40）：395-398.