张旭，钟家欣，李伟

（1.天津工业大学 天津市现代机电装备技术重点实验室 天津 300387；2.天津城建大学 能源与安全工程学院 天津 300384）

齿轮箱作为风力发电机组中变速的关键部件，通常承受随机风冲击与电网波动双重载荷的作用，容易发生局部故障和分布式故障[1]。其中，齿轮表面出现裂纹是齿轮箱最常见的局部故障之一。当裂纹扩展到一定程度时，轮齿将会发生断裂，引起更大的啮合冲击，甚至造成整个齿轮的完全失效，最终影响风力发电机组的安全、可靠运行[2]。此外，齿轮啮合过程中齿面摩擦会在啮合处产生大量的热，造成啮合表面温度升高，以至啮合点周围出现局部变形，从而影响齿轮的刚度[3]。因此，进行计及齿面闪温影响的齿轮裂纹故障特征研究对风电齿轮箱的故障状态与程度监测具有重要的理论意义和工程应用价值。

齿根裂纹会影响齿轮的时变啮合刚度，利用势能法、有限元法、实验法等可以对其进行准确计算。其中，势能法的计算效率最高，故国内外学者多采用其开展齿轮裂纹啮合刚度计算的研究[4-6]。Wan等[7]提出一种改进的时变啮合刚度算法，考虑横向和扭转振动方向建立含有轮齿裂纹齿轮转子系统耦合动力学模型，分析裂纹故障对振动响应的影响。Wang 等[8]应用势能法计算包含弯曲刚度、剪切刚度、轴向压缩刚度、赫兹刚度和圆角基础刚度的直齿轮副裂纹时啮合刚度，研究不同裂纹水平对齿轮动力学特性的影响。Yang 等[9]利用势能法得到含有齿根裂纹的直齿圆柱齿轮啮合刚度，通过峰值、均方根值、峰值因子等统计指标评估齿轮系统的振动行为和故障条件。……