基于擴展有限元的風電齒輪箱齒輪微點蝕模擬.pdf

1、石油和煤炭作為最常見的能源，其儲量是有限的，且會導致環(huán)境污染等問題。新能源的開發(fā)是未來的必然趨勢，風能作為一種可循環(huán)使用的清潔能源受到世界各國的重視。截止2016年，我國在世界的風電領(lǐng)域占領(lǐng)了榜首，累計風機裝機量已經(jīng)達到1.69億千瓦，而且風電市場還會不斷壯大，前景廣闊。風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，且隨著風電機組功率不斷增大，對其可靠性提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計，在風電機組的各個組件中，風電齒輪箱

2、的故障率較高且其故障停機時間較長，其中又以齒輪的故障占比最大，因此有必要深入研究風電齒輪箱齒輪的失效機理。本文以功率分流型2.5MW風電齒輪箱為研究對象，對其進行FMECA分析，確定薄弱環(huán)節(jié)和主要失效模式，采用彈流潤滑理論計算輪齒的接觸壓力分布，基于擴展有限元模擬不同初始裂紋下微點蝕的形成過程。論文的主要內(nèi)容如下:
　　第一，簡述了論文研究的背景和意義，綜述了風力發(fā)電的國內(nèi)外現(xiàn)狀，在總結(jié)分析齒輪點蝕機理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出

3、了論文的主要研究內(nèi)容。
　　第二，分析了功率分流型2.5MW風電齒輪箱的結(jié)構(gòu)和工況環(huán)境，運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，對其進行了FMECA分析，確定了其主要失效模式是齒輪點蝕和斷齒，薄弱環(huán)節(jié)是一、二級太陽輪和三級從動輪。
　　第三，考慮到齒輪節(jié)線處是點蝕的高發(fā)區(qū)域，計算了在額定工況下一、二級太陽輪和三級從動輪節(jié)線處的曲率半徑、接觸載荷、滑滾速度等嚙合參數(shù)。基于等溫線接觸彈流潤滑的六

4、個基本方程，結(jié)合2.5MW風電齒輪箱齒輪的嚙合參數(shù)，運用迭代法編寫程序，計算得到了一、二級太陽輪和三級從動輪在彈流潤滑狀態(tài)下齒輪嚙合面的接觸壓力分布，為基于擴展有限元的齒輪微點蝕模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　第四，利用斷裂力學的相關(guān)知識分析了齒輪初始裂紋擴展成微點蝕的機理。齒輪嚙合簡化為當量圓柱和無限長平面的接觸，在ABAQUS軟件中建立了一、二級太陽輪和三級從動輪的點蝕模型，基于最大能量釋放率理論，在考慮彈流潤滑的情況下運用擴展有限元法