風(fēng)電齒輪箱熱-結(jié)構(gòu)耦合及疲勞損傷研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)化石能源，風(fēng)能是一種清潔、可再生的新能源，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)能利用的主要方式之一。自1981年丹麥建成第一座風(fēng)電站以來(lái)，風(fēng)電技術(shù)不斷發(fā)展，使用成本不斷下降，在考慮環(huán)境成本的情況下風(fēng)電已經(jīng)可以媲美煤電。我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展前景較好，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，在國(guó)家一系列新能源政策的激勵(lì)下，2013年我國(guó)新增裝機(jī)容量與累積裝機(jī)容量均居世界第一。
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有水平軸與垂直軸的兩種主要傳動(dòng)方式，因水平軸多級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率

2、較高、軸距較短的優(yōu)勢(shì)，為當(dāng)今國(guó)際上各大兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)廠家采用。一般風(fēng)機(jī)葉片受風(fēng)力推動(dòng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)（約13rpm），而在發(fā)電機(jī)部分需要主軸高速旋轉(zhuǎn)（約1200rpm），整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的總速比約100倍，這使得齒輪箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，故障較多，可靠性和壽命較低，不能滿足工程對(duì)風(fēng)電齒輪箱的壽命與可靠性要求，如國(guó)際上多數(shù)品牌風(fēng)機(jī)的齒輪箱發(fā)生故障率約為9.8％，但是齒輪箱故障造成的停機(jī)時(shí)間卻占約為19.4％，表明齒輪箱故障修復(fù)困難，造成停機(jī)損失較大。常見(jiàn)的

3、風(fēng)電齒輪箱故障分析主要針對(duì)于傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，但實(shí)際上，由于兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱屬于重載傳動(dòng)，其輪齒在表面嚙合過(guò)程中因摩擦而存在發(fā)熱較大的現(xiàn)象，導(dǎo)致齒面的溫度升高及相應(yīng)的熱應(yīng)力。盡管齒輪箱都有潤(rùn)滑和溫控系統(tǒng)，但齒輪嚙合而產(chǎn)生的大量熱量并不能完全、及時(shí)排除，熱應(yīng)力也必然疊加在系統(tǒng)原有的結(jié)構(gòu)應(yīng)力上，齒輪熱-結(jié)構(gòu)應(yīng)力的耦合使齒輪受力的形式更為復(fù)雜，并會(huì)進(jìn)一步降低齒輪的可靠性和疲勞壽命。因此，如何綜合各種因素，研究風(fēng)電齒輪箱的可靠性與壽命問(wèn)題，

4、對(duì)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電整機(jī)企業(yè)、齒輪箱制造企業(yè)等都具有重要意義。
　　本文針對(duì)風(fēng)電齒輪箱嚙合過(guò)程的熱-結(jié)構(gòu)耦合工況進(jìn)行分析，以某齒輪箱公司現(xiàn)有的2.5MW齒輪箱為研究對(duì)象，利用PROE軟件建立了齒輪箱的數(shù)值模型，對(duì)太陽(yáng)輪、行星輪齒頂進(jìn)行修形，并將其裝配；利用PROE與有限元軟件的對(duì)接接口導(dǎo)入到有限元軟件并將模型微調(diào)，劃分網(wǎng)格，設(shè)置接觸施加載荷后再設(shè)置求解器，進(jìn)行ANSYS動(dòng)力學(xué)分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析；將得出的齒面動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力值用于