风电齿轮箱作为风力发电的重要部件之一,它是一种在高空架设,并长期受变载荷风力作用的低速、重载的齿轮传动设备,它的工作环境和特点决定了其在使用过程中经常发生故障。随着社会的发展,装机容量的增大和轻量化之间的矛盾日渐被重视,对风电齿轮箱的设计、制造、可靠性和动力性等都提出更高要求。因此,风电齿轮箱的优化设计和动力学分析对其可靠性的提高和风力发电技术的发展具有重要意义。(1)根据风电齿轮箱的设计要求和工作特点,合理权衡齿轮箱轻量化和大功率密度之间的关系,对两级行星轮+一级平行轴齿轮箱优化问题进行研究,以齿轮变位系数、过渡曲线干涉和装配条件等作为约束条件,建立以追求风电齿轮箱的总体积最小和功率密度最大为目标的多目标优化设计数学模型。(2)应用加权系数法,对建立的数学模型进行处理,然后利用Matlab求解该多目标优化数学模型,并与实例进行对比分析,在保证风电齿轮箱各零部件强度和正常工作的条件下,减小齿轮箱总体积,降低制造和安装成本。结果表明:优化后的齿轮箱各级功率密度均有所增大,尤其是低速级行星轮系的功率密度增大较多;风电齿轮箱的总体积减小,这对大功率风电齿轮箱的轻量化设计具有重要作用。(3)在考虑啮合阻尼、啮合冲击激励以及输出负载等条件下,利用Pro/E和ADAMS联合仿真,对优化之后的风电齿轮箱进行仿真和分析,验证所建模型的正确性;通过仿真模型,求解齿轮啮合冲击力,并对啮合冲击力进行时频特性分析,为风电齿轮箱的振动研究和故障诊断提供良好的参考价值。(4)在定义输入转速为17.4 r/min,输入转矩为8.23×10~5N·m,输出负载扭矩为6.03×103N?m和自身重力的载荷工况下,利用RomaxDesigner求解风电齿轮箱的疲劳寿命,并进行分析;在此基础上,研究齿轮啮合错位对齿轮箱的影响。对产生较大突变应力的轴段进行必要改进,校核齿轮轴的强度。通过使用优化分析和RomaxDesigner相结合的方法,提高了设计的效率和质量。(5)在偏转缩放因子为1的条件下,分析风电齿轮箱各轴不同模态的振型和齿轮箱的固有频率;采用有限元分析软件ANSYS Workbench求解得到风电齿轮箱在预应力作用下的模态振型,并研究各齿轮啮合的谐响应曲线,研究表明在该激振频率作用下,风电齿轮箱会在中、高频段产生一定共振和噪声。