基于擴(kuò)展有限元的風(fēng)電齒輪箱齒輪微點(diǎn)蝕模擬.pdf

1、石油和煤炭作為最常見(jiàn)的能源，其儲(chǔ)量是有限的，且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染等問(wèn)題。新能源的開(kāi)發(fā)是未來(lái)的必然趨勢(shì)，風(fēng)能作為一種可循環(huán)使用的清潔能源受到世界各國(guó)的重視。截止2016年，我國(guó)在世界的風(fēng)電領(lǐng)域占領(lǐng)了榜首，累計(jì)風(fēng)機(jī)裝機(jī)量已經(jīng)達(dá)到1.69億千瓦，而且風(fēng)電市場(chǎng)還會(huì)不斷壯大，前景廣闊。風(fēng)電車凡組往往安裝在高山、荒郊、大海，工作環(huán)境惡劣，維修困難，成本高，且隨著風(fēng)電機(jī)組功率不斷增大，對(duì)其可靠性提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)組件中，風(fēng)電齒輪箱

2、的故障率較高且其故障停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，其中又以齒輪的故障占比最大，因此有必要深入研究風(fēng)電齒輪箱齒輪的失效機(jī)理。本文以功率分流型2.5MW風(fēng)電齒輪箱為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行FMECA分析，確定薄弱環(huán)節(jié)和主要失效模式，采用彈流潤(rùn)滑理論計(jì)算輪齒的接觸壓力分布，基于擴(kuò)展有限元模擬不同初始裂紋下微點(diǎn)蝕的形成過(guò)程。論文的主要內(nèi)容如下:
　　第一，簡(jiǎn)述了論文研究的背景和意義，綜述了風(fēng)力發(fā)電的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，在總結(jié)分析齒輪點(diǎn)蝕機(jī)理國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出

3、了論文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二，分析了功率分流型2.5MW風(fēng)電齒輪箱的結(jié)構(gòu)和工況環(huán)境，運(yùn)用有限元軟件分析各齒輪的受力情況，結(jié)合有限元分析結(jié)果和齒輪箱的失效情況，對(duì)其進(jìn)行了FMECA分析，確定了其主要失效模式是齒輪點(diǎn)蝕和斷齒，薄弱環(huán)節(jié)是一、二級(jí)太陽(yáng)輪和三級(jí)從動(dòng)輪。
　　第三，考慮到齒輪節(jié)線處是點(diǎn)蝕的高發(fā)區(qū)域，計(jì)算了在額定工況下一、二級(jí)太陽(yáng)輪和三級(jí)從動(dòng)輪節(jié)線處的曲率半徑、接觸載荷、滑滾速度等嚙合參數(shù)?；诘葴鼐€接觸彈流潤(rùn)滑的六

4、個(gè)基本方程，結(jié)合2.5MW風(fēng)電齒輪箱齒輪的嚙合參數(shù)，運(yùn)用迭代法編寫(xiě)程序，計(jì)算得到了一、二級(jí)太陽(yáng)輪和三級(jí)從動(dòng)輪在彈流潤(rùn)滑狀態(tài)下齒輪嚙合面的接觸壓力分布，為基于擴(kuò)展有限元的齒輪微點(diǎn)蝕模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　第四，利用斷裂力學(xué)的相關(guān)知識(shí)分析了齒輪初始裂紋擴(kuò)展成微點(diǎn)蝕的機(jī)理。齒輪嚙合簡(jiǎn)化為當(dāng)量圓柱和無(wú)限長(zhǎng)平面的接觸，在ABAQUS軟件中建立了一、二級(jí)太陽(yáng)輪和三級(jí)從動(dòng)輪的點(diǎn)蝕模型，基于最大能量釋放率理論，在考慮彈流潤(rùn)滑的情況下運(yùn)用擴(kuò)展有限元法