基于ANSYS Workbench的风力发电机增速器仿真

刘 哲，曹鹏飞

（中船重工集团第七一二研究所，湖北 武汉 430063）

在传统能源枯竭的今天，寻找新型清洁能源已经成了各国能源工业的主要发展方向。风能以其清洁无污染、储备量大的优点，受到广泛青睐。我国是能源消耗大国，风电事业得到了蓬勃发展，但风电相关设备尤其是增速器基本依赖进口，长此以往，必将制约我国风电事业长期健康的可持续发展。因此，开展风力发电机的国产化研制工作，具有十分重要的意义。

1 传动方案的确定

风力发电机增速器具有高功率、大转矩的特点，为实现功率分流，本文采用了行星轮系与平行轴轮系相结合的混合式增速器。传动原理如图1，内部结构形式如图2所示。

图1 增速器传动原理图

图2 增速器内部具体结构形式

风力发电机增速器由两级行星轮系和一级平行轴轮系组成，以第一级行星架为输入端，以第三级齿轮轴为输出端，各级齿轮参数如表1～表3所列。

表1 第一级齿轮参数

表2 第二级齿轮参数

表3 第三级齿轮参数

2 关键部件有限元分析

本文采用了ANSYS 对增速器中的危险零件进行了力学有限元分析。

2.1 接触理论

为了实现平稳发电，风力发电机增速器均安装有控制器，使输入转速保持稳定。因此可将各齿轮的啮合过程简化为一个准静态的接触过程，受力时产生弹性变形。

将齿轮啮合过程可以分为3种边界状态，即连续状态、滑动状态、分离状态。

在世界坐标系下建立有限元基本方程可得式（1）：

式中，

KI、KC为输入齿轮、输出齿轮的刚度矩阵；……