考虑失效相关的风电齿轮传动系统动态可靠性研究

作     者：严茉芯 崔权维 周建星 费翔 路志成 Yan Moxin;Cui Quanwei;Zhou Jianxing;Fei Xiang;Lu Zhicheng

作者机构：新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 

出 版 物：《太阳能学报》 (Acta Energiae Solaris Sinica)

年 卷 期：2024年第45卷第8期

页      面：477-485页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：新疆维吾尔自治区重点研发项目(2021B01003-1) 新疆维吾尔自治区自然科学基金(2021D01C050) 新疆维吾尔自治区重点研发项目(2022B01017-1) 

主　　题：风电机组 Copula 齿轮 可靠性 强度退化 传动系统 失效相关 

摘      要：针对风电机组齿轮箱在服役期间的可靠性问题,以2 MW风力机齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度与综合误差等内部激励,建立传动系统齿轮-轴-轴承动力学模型,获得恒定载荷下各齿轮副的动态啮合力。引用基于风场风速变化规律的威布尔随机风速作为系统外部激励,结合外部变动载荷与定载啮合力获得变载下各齿轮应力-时间历程。根据零部件主要失效模式,在传统应力-强度干涉模型基础上采用Gamma随机过程,结合齿轮材料的P-S-N(存活率-应力-寿命)曲线对零部件强度退化过程进行模拟。同时考虑到零件失效的相关性,建立系统主要失效模式的功能函数,构建混合Copula模型对零件层面与系统层面的失效相关性进行描述,经过多层嵌套获得齿轮箱系统的动态可靠度。结果表明:在风电机组服役前期时应主要考虑齿轮齿面接触疲劳失效,齿根弯曲疲劳失效主要发生在风力机服役中后期;根据系统可靠性曲线,考虑失效相关结果更符合实际工况。