课题源于国家“十二五”科技支撑计划“7MW级风电齿轮箱及主轴轴承产业化关键技术研究(2012BAA01B05)”。大功率风电增速齿轮箱为风力发电机组关键构成部件之一,配置于风电机组传动主轴与发电机之间,其安全、可靠、稳定运行已成为衡量风电装备性能优劣的关键。开展大功率风电齿轮箱系统耦合动态特性研究,提高大功率风电齿轮箱运行稳定性和可靠性,具有重要工程意义。以某5MW风电齿轮箱为研究对象,考虑风机载荷谱、传动件制造安装误差和齿轮时变啮合刚度,建立大功率风电齿轮箱系统耦合动力学分析模型,对系统动态特性进行理论分析和试验研究。论文主要内容及结论如下:1)考虑随机风载荷谱、传动件制造安装误差、齿轮时变啮合刚度与阻尼、传动轴刚度与阻尼等因素,建立传动子结构弯—扭—轴耦合动力学模型;基于均匀弯曲Timoshenko梁对箱体结构离散化,建立箱体子结构动力学模型;通过传动子结构和箱体子结构结合部间变形协调条件,建立大功率风电齿轮箱系统耦合动力学模型。2)对大功率风电齿轮箱系统固有特性进行分析,得到系统固有频率及振型。结果表明大功率风电齿轮箱传动子结构模态振型包含行星系统模式、平行轴模式和全局耦合模式等3种振动模式,其中行星系统模式包含转—轴模式、转—移模式及行星齿轮模式,传动子结构第一阶固有频率18.7Hz,振型为全局耦合模式;齿轮箱系统前6阶固有频率振型为绕各坐标轴旋转,第一阶固有频率23.1Hz,振型为绕x轴旋转;对传动子结构模态应变能进行分析,表明系统模态应变主要集中在各级齿轮啮合和轴承支撑处。3)对大功率风电齿轮箱系统动态响应进行分析,讨论传动件制造安安装误差对系统均载特性影响。结果表明第三级小齿轮轴向振动幅值最大,第一级内齿轮垂直向振动幅值最小,其振动频率主要是第三级齿轮啮合频率及其倍频;第一级行星架垂直向和行星齿轮(P1)横向误差对第一级行星传动动态均载影响明显。4)将传动件制造安装误差对系统动态响应灵敏度进行分析,得出第三级大齿轮轴向灵敏度最大。以灵敏度较大的传动件制造安装误差为优化设计变量,综合考虑行星传动均载、齿轮啮合力和系统振动幅值,对大功率风电齿轮箱系统动态特性进行优化。优化后第一级行星传动均载系数降低2.5%,啮合力降低5.6%。优化后第三级小齿轮轴向振动幅值降低4.25%。5)在大功率风电齿轮箱试验台架上,对5MW风电齿轮箱振动、均载特性进行试验研究,得到系统振动和行星传动均载特征,试验结果与理论仿真结果基本一致,验证理论分析的正确性。