传统的齿轮故障特征规律研究一般对齿轮物理样机进行分析,这种研究方式耗时且成本大,且齿轮物理样机采集的振动信号由齿轮传递到轴承座表面的过程中会发生衰减,因此采集到的振动信号不能精确反应齿轮的动力学特性。而虚拟样机技术采用全数字化方法来创建虚拟的产品模型,模拟其在现实环境中的系统动力学响应。因此,通过虚拟样机技术来模拟油田现场齿轮的常见故障,获取相应故障的特征规律,主要研究内容如下:(1)基于虚拟样机技术的齿轮箱动力学建模方法研究。针对人字齿轮动力学模型中齿轮难以精确啮合的问题,采用Solid Works2012对各齿轮箱部件的三维实体模型进行装配后导入ADAMS软件中进行动力学仿真,发现实体建模误差与齿轮传动误差的存在将导致齿轮啮合时产生干涉现象而影响齿轮正常运行。(2)单级齿轮典型故障动力学模型与仿真。针对现场齿轮箱中齿轮故障程度难以确定以及变工况如何影响齿轮故障的问题,分别搭建正常齿轮与不同故障程度的齿轮磨损、齿轮断齿模型在正常工况与变工况下进行仿真分析,得出齿轮故障程度与时域冲击幅值呈正比,此外,变速相比变载对齿轮故障特征影响更大。(3)齿轮系统动力学仿真与现场信号分析验证。针对现场齿轮箱中故障齿轮难以定位的问题,分别建立各单一齿轮磨损故障与复合齿轮磨损故障的齿轮系统动力学模型,结合时域冲击信号数量与转轴频率幅值可较好实现故障齿轮定位;对现场齿轮箱的历史故障信号进行傅里叶变换与包络谱分析,通过对比仿真信号与现场信号,发现两者的时频域指标具有相似性,验证建立的齿轮故障动力学模型是合理的。