兆瓦級風電變槳齒輪箱動力學特性仿真分析*

王岳峰,文澤軍

(湖南科技大學 機械設備健康維護湖南省重點實驗室，湖南 湘潭　411201)

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兆瓦級風力發電機作為風能利用的主要設備，有望成為解決未來能源危機的關鍵裝備。為了獲得最合理的空氣動力轉矩，風力發電機大都采用多級行星齒輪箱的電動變槳系統，具有體積小、傳動比大、承載能力高等優點。然而，變槳齒輪箱在無規律的變向變載荷以及強陣風沖擊的工況下，故障率較高，造成風電場業主較大的經濟損失[1]。因此，深入研究變槳齒輪箱的動力學特性對提高風電機運行安全可靠性具有重要的理論意義和工程實際價值。

近年來，國內外學者圍繞行星齒輪系的動力學特性分析進行的大量的研究，并取得了階段性的研究成果。程哲等[2]針對2K-H行星輪系建立了健康與損傷狀態的動力學模型，對齒輪損傷檢測方法進行了理論分析與實驗驗證；馮志鵬等[3]通過分析振動信號的傳遞路徑建立了單級行星齒輪箱的局部故障信號模型，并通過實驗來驗證；陶慶等[4]考慮內齒圈柔性化，建立了單級行星輪系傳動系統剛柔耦合動力學模型，得到了系統的固有特性；周建星等[5]通過建立單級行星輪系的振動微分方程對齒輪碰撞的振動特性與嚙合力進行了分析。GUO等[6-7]對行星輪系的純扭轉動力學模型，研究了行星輪的轉動慣量和時變嚙合剛度對系統固有特性的影響；楊洋[8]采用集中質量法建立了多級行星傳動的動力學模型，并求解了變槳減速器的多級行星傳動在時變剛度模型下的固有頻率和振型；……