5MW风电齿轮箱传动系统设计及行星均载分析

• 作 者: 马飞
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 风电齿轮箱 传动系统 行星级齿圈 疲劳载荷 结构参数

风力发电机组的单机容量和功率密度正朝着大型化趋势发展，齿轮箱作为风力发电机组主传动系统的关键部件，是一种常年在无规律变载和冲击载荷作用下工作的重载齿轮传动装置，也是风电机组传动系统中最为薄弱环节之一。目前，国内大部分风电齿轮箱生产商对齿轮箱的设计制造技术仍然处于消化吸收阶段，国产大功率风电齿轮箱故障率较高。因此，对大兆瓦级风电齿轮箱设计研制方法以及型式试验验证方法的研究，对提高大功率风电齿轮箱自主设计开发能力、提高产品设计质量和可靠性有重要意义。　　论文的主要研究内容如下:　　①对国内外现阶段风电齿轮箱主要结构形式、传动特点及传动原理进行介绍。　　②对齿轮箱设计研发流程中的主要环节进行了介绍，并结合相关标准和理论依据阐述了齿轮箱设计过程中各设计指标的校核方法。对设计输入条件的载荷处理方法、概念方案设计的要求及方案选择、齿轮和轴承的校核进行了说明。基于RomaxWIND软件建立传动系统仿真分析模型，进行虚拟样机的性能校核。　　③以齿轮箱行星架强度分析为例对设计过程中结构件的强度校核方法进行了论述。其中静强度分析通过从传动系统仿真分析模型中提取载荷，使得行星架的分析边界条件最大程度接近实际情况;疲劳强度分析采用时间序列的疲劳载荷信息，充分反映了结构件在20年运行寿命中可能遇到的载荷波动幅度和频次，从而能得到接近实际的疲劳可靠性结果。　　④对5MW传动系统中第一级的均载性能优化设计思路进行了论述。通过对提高多行星轮传动。系统提高均载性能的手段的研究，在本次传动结构设计中采用了创新的结构形式。从理论分析的角度，分析了该结构中行星轮和太阳轮的浮动性能，以保证实际运行时的传动啮合具有良好的自适应性，从而获得良好的实际运行均载效果。　　⑤最后通过齿轮箱台架试验对行星级齿圈进行应变测试，试验验证了5MW齿轮箱第一级多行星轮结构的均载的实际效果。测试结果显示在现有的传动设计结构条件下，行星级均载效果比较理想，实测均载系数远低于设计校核时选用值，行星级传动可靠性较高。