设备设计/诊断维修/再制造
现代制造工程（Modem Manufacturing Engineering）
2014年第3期
某兆瓦级风电齿轮疲劳寿命分析及可靠度计算
徐辑，侯力，任文媚，张耀祖，蒲宗班
（四川大学制造科学与工程学院，成都610064）
摘要：针对当前兆瓦级风电齿轮增速箱在风电机组中损坏率较高的同题，提出了一种新的、有效的风电齿轮可靠度计算方法。以某2.0MW风电齿轮箱中的太阳轮为研究对象，运用有限元分析软件分析其接触疲劳寿命，根据受到随机变幅接触疲劳载荷作用时循环次数对可靠度的影响，建立齿轮疲劳累积损伤计算模型，结合等效正态分布法求得其可靠度此方法考虑了疲劳累积的影响，得到的结果相对于传统方法更符合实际变载荷工况，为风电齿轮传动系统的可靠性优化设计提供了理论依据，具有工程应用价值。
关键词：风电齿轮箱：疲劳寿命：累积损伤：可靠度
中图分类号：TH132文献标志码：A文章编号：1671—3133（2014)03—0114—05
Fatigue life analysis and reliability calculation of megawatt wind turbine gear
Xu Wei, Hou Li, Ren Wenjuan ,Zhang Yaozu, Pu Zongmin
(School of Manufacturing Science and Engineering ,Sichuan University ,Chengdu 610064, China)
Abstract : Concerming the high failure problem of accelerating gearboxes in megawatt wind turbines , a new effective calculating method for reliability is proposed. Sun gear of 2. OMW wind turbine gearbox is selected as the research object . A 3D model for sun gear and planet gear is built by UG ,then the contact fatigue life is analyzed by finite element analysis software . Based on cycle life' s influence to reliability when effected by random variable amplitude contact fatigue loadling , an accumulate damage model is established ,combining equivalent normal distribution method to calculate the sun gear ' s reliability. The new method has taken the impact of cumulative fatigue into account ,so it will more conform to the actual work situation ,and can provide theoretical ba
sis and guidelines for industrial applications of the optimization design of wind generator transmission system . Key words : wind turbines gearbox ;fatigue life;aceumulate damage model ;reliability
0引言
随着能源紧缺和环境污染问题日益加剧，风力发
电在世界范围内得到快速发展。在风力发电机申，齿轮增速箱是一个关键部件，该部件应具有寿命长（20 年）、可靠性高、重量轻、易维护且成本低的特点。长期以来，对齿轮增速箱设计缺乏科学和合理的方法，导致其成为风电机组早期破坏率很高的部件之一[]
计算齿轮可靠度通常使用应力强度干涉理论[2】建立齿轮接触疲劳可靠度评估模型，根据各系数均值及变异系数的取值进行求解。这种方法忽略了循环次数的影响，即疲劳损伤累积对应力幅值的影响。考虑到风电齿轮传动系统的变载荷工况3，本文提出种计算风电齿轮可靠度的新方法，即：通过有限元分
*四川省高新产业发展重大关键技术项目（2010G20073） 114
析软件分析出风电齿轮的疲劳寿命，采用概率描述的接触疲劳的疲劳累积损伤计算模型[4]，利用等效正态分步法来计算其可靠度。这种方法既考虑了参数的随机性，也考虑了当齿轮受到随机变幅接触疲劳载荷作用时，循环次数对可靠度的影响。
太阳轮疲劳寿命分析 1
1.1齿轮建模及装配
风电齿轮箱中齿轮较多，根据传统应力强度方法计算可知，太阳轮的接触疲劳可靠度相对较低，对整个传动系统产生较大影响。以太阳轮和行星轮这对齿轮副为研究对象，分析太阳轮的接触疲劳寿命。
运用三维建模软件UGNX8.0分别建立太阳轮和行星轮的模型并进行装配，其装配模型如图1所示，