兆瓦级风电变桨齿轮箱动力学特性仿真分析*

王岳峰,文泽军

(湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室，湖南 湘潭　411201)

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兆瓦级风力发电机作为风能利用的主要设备，有望成为解决未来能源危机的关键装备。为了获得最合理的空气动力转矩，风力发电机大都采用多级行星齿轮箱的电动变桨系统，具有体积小、传动比大、承载能力高等优点。然而，变桨齿轮箱在无规律的变向变载荷以及强阵风冲击的工况下，故障率较高，造成风电场业主较大的经济损失[1]。因此，深入研究变桨齿轮箱的动力学特性对提高风电机运行安全可靠性具有重要的理论意义和工程实际价值。

近年来，国内外学者围绕行星齿轮系的动力学特性分析进行的大量的研究，并取得了阶段性的研究成果。程哲等[2]针对2K-H行星轮系建立了健康与损伤状态的动力学模型，对齿轮损伤检测方法进行了理论分析与实验验证；冯志鹏等[3]通过分析振动信号的传递路径建立了单级行星齿轮箱的局部故障信号模型，并通过实验来验证；陶庆等[4]考虑内齿圈柔性化，建立了单级行星轮系传动系统刚柔耦合动力学模型，得到了系统的固有特性；周建星等[5]通过建立单级行星轮系的振动微分方程对齿轮碰撞的振动特性与啮合力进行了分析。GUO等[6-7]对行星轮系的纯扭转动力学模型，研究了行星轮的转动惯量和时变啮合刚度对系统固有特性的影响；杨洋[8]采用集中质量法建立了多级行星传动的动力学模型，并求解了变桨减速器的多级行星传动在时变刚度模型下的固有频率和振型；……