行星齿轮箱与定轴齿轮箱相比具有重量轻、体积小、传动比大、承载能力强、传动效率高等诸多优点,因此在风电机组中得以广泛应用。风力发电机组的工作条件十分苛刻,导致其齿轮箱具有很高的故障率,而齿轮箱通常安装在高达百米的机舱内,其维护工作极其不便,造成维护成本成倍增长。因此,开展风电齿轮箱的实时监测和故障诊断相关技术研究的意义非常重大。行星轮系与定轴轮系相比,具有更复杂的结构和运动形式。行星轮系中包含一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和若干行星轮,运行时行星轮既要绕行星轮系中心公转,还要绕自身中心自转,且还会形成多对齿同时啮合的现象。这样便导致了行星轮系更为复杂的振动响应。同时,风电设备通常工作于无规律风力环境,意味着齿轮箱在工作时其负载和转速均会随时间发生变化,这又对风电齿轮箱的故障诊断增加了难度。针对以上问题,本文进行了一系列研究,主要工作包括:(1)首先回顾了齿轮箱常见的故障形式和振动产生的机理,并简要介绍了齿轮故障诊断中常用的一些方法;(2)根据风电行星齿轮箱的运行环境,设计实验参数,搭建了可变负载和可变转速的行星齿轮箱试验平台;(3)提出行星齿轮箱的整体及传感器绕太阳轮中心以行星架的旋转速度逆向旋转的假设,使行星齿轮箱的故障诊断转化为两部分较为简单的内容:定轴齿轮箱的故障诊断,以及研究传感器的圆周运动对振动信号的影响。基于这种假设,本文对故障行星齿轮箱的振动信号建立了模型,并通过仿真信号和实验数据的分析对其进行了验证;(4)介绍了短时傅里叶变换,但其对故障进行精确诊断的能力十分有限。本文将阶次分析应用于对变转速工况下行星齿轮箱的故障诊断。一般振动信号是等时距采集的,而阶次分析通过对其进行重采样而转化为等角度采样的信号,消除了旋转频率变化带来的影响。通过对实验数据的分析,可以发现阶次分析无论对稳定转速还是变转速工况下的齿轮箱都有良好的诊断效果;(5)利用本文中的行星齿轮箱故障诊断方法,开发了基于MATLAB GUI的行星齿轮箱振动信号分析系统。