随着社会的发展,对能源的需求不断增长,但传统煤、石油等不可再生能源面临着枯竭,同时带来的环境问题也日趋严重。由于风能是一种可再生的清洁能源,风电产业在国内外获得了快速的发展。随着风电技术的进步,单台风电机组的功率越来越大,同时由于风载复杂多变,风电机组运行环境恶劣,维修不便,对其可靠性和寿命要求越来越高。风电齿轮箱是风电机组的关键部件,用于将叶片的高转矩低转速转化成发电机需要的低转矩高转速,据统计其是失效率较高和故障维修时间较长的部件之一。因此如何对兆瓦级风电齿轮传动系统进行可靠性设计,保证其达到20年的设计寿命要求,同时尽可能减小其体积和重量,具有重要的现实意义和工程应用价值。本文以2.5MW风电齿轮传动系统为对象,确定其传动结构,根据实测载荷谱,研究其可靠性计算方法、可靠性分配方法,建立其可靠性设计模型,对齿轮的关键参数进行可靠性优化设计。论文主要研究内容如下:首先,简述了论文的研究背景、意义和国内外的风电发展现状,总结分析了齿轮传动系统可靠性及其优化设计的研究现状,在此基础上提出了论文的主要研究内容。其次,分析总结了国内外风电齿轮传动系统的主要方案及其优缺点,确定了2.5MW风电齿轮传动系统的传动方案;并对其进行传动比计算和齿轮转矩分析,以总传动比要求和两齿圈等弯曲强度设计为约束条件,对各级传动比进行了预分配,为后续可靠性优化设计中的传动比约束奠定了基础。第三,对风电齿轮传动系统进行失效分析,确定了2.5MW风电齿轮传动系统的主要失效模式和薄弱环节;分别考虑八个一级定轴轮和四个二级行星轮之间的相关性,基于Copula函数建立了齿轮传动系统的可靠性计算模型;应用应力-强度干涉理论,根据载荷谱,运用蒙特卡洛模拟方法建立了变载荷齿轮接触和弯曲疲劳强度可靠性计算模型,为进行可靠性优化设计提供了基础。第四,应用层次分析法,以重要程度、技术水平、维修难易、成本造价为准则,对风电齿轮传动系统的各级齿轮进行了可靠度分配;针对八个一级定轴轮和四个二级行星轮,在考虑多个相同齿轮相关性的条件下,利用Gumbel Copula函数分配得到了单个一级定轴轮和单个二级行星轮的可靠度;从而建立了可靠性优化设计中的可靠度约束条件。第五,在各齿轮可靠度约束条件下,以每级齿轮传动体积最小为目标,建立了分级优化的风电齿轮传动系统可靠性优化设计模型;采用matlab优化工具箱求解该非线性优化问题;在此基础上,考虑运行时间对模型参数的影响,在不同运行阶段风电齿轮传动系统可靠度相同条件下进行优化设计,对比分析了优化结果,为考虑性能退化的风电齿轮传动系统可靠性优化设计提供了思路。最后,对论文的研究工作进行了总结,并提出了接下来可以深入研究的方向。