基于动力学的风力机齿轮传动系统可靠性研究

为正确评估齿轮传动系统齿面接触疲劳寿命，以2 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象，引入风场风速变化规律并选用weibull分布建立随机风速模型。考虑外部风载以及由齿轮、轴承刚度等引起的内部载荷激励，建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型，求得传动系统各齿轮副动态啮合力并计算相应的应力历程。针对齿轮传动强度及受载随机性的特点，以轮齿的强度退化表征疲劳效应，基于非线性疲劳损伤累积理论建立剩余强度模型，在传统应力-强度干涉理论的基础上，得到随机风载作用下齿轮传动系统动态可靠度功能函数，通过摄动法对零部件的动态可靠度变化曲线进行描述。结果表明：在强度退化和随机载荷联合作用下，风力机系统各齿轮疲劳可靠度随服役时间出现逐渐下降的趋势，且服役前期可靠度下降趋势较快，中后期下降趋势逐渐减缓，强度退化形式及载荷大小影响着可靠度的变化趋势。该模型反映了齿轮传动系统可靠度随服役时间的变化规律，为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了参考。