随着人类社会的发展,对能源的需求日益增大。石油、煤炭等常规能源储量有限且不可再生,而且其所造成的环境污染问题日益严重。随着能源和环境压力越来越大,寻求新能源加以开发利用成为当务之急。风能作为一种易于开发利用的清洁能源,越来越受到重视,截止2015年,我国风电装机容量已达129GW,居世界第一。但当前服役风电装备故障频发,增速箱作为风电机组的关键部件,其故障导致停机的时间占据了风机故障停机时间的19.4%,而其中约60%是由齿轮故障导致的。本文以功率分流型2.5MW风机增速箱为对象,依据其风场长年实地监测数据转化得到载荷谱,结合有限元分析开展其FMECA和FTA分析,确定其主要失效模式和机理。考虑载荷和参数的随机性利用蒙特卡洛方法研究增速箱齿轮的可靠性。论文主要研究工作如下:首先,简述论文的研究背景意义及风电发展现状,综述风机增速箱、齿轮传动系统的载荷计算、行星齿轮传动和齿轮传动系统可靠性的研究现状,介绍本文主要研究内容。其次,根据2.5MW风机增速箱的结构、材料、运行方式和运行环境,运用风场长年实地监测数据转化得到了20年内主轴转矩与转数的关系,即LDD(Lord Duration Distribution)载荷谱,利用有限元软件对增速箱进行了应力、变形分析。结合有限元分析结果和现有风机增速箱在相同或相似使用环境下的失效情况,对2.5MW风机增速箱进行了详细的FMECA及FTA分析。分析结果表明2.5MW风机增速箱的主要失效模式是齿轮的点蚀和断齿,即接触疲劳和弯曲疲劳失效,以及轴承的接触疲劳失效。最薄弱环节是二级行星轮和三级斜齿轮,以及输出轴轴承和二级行星轮轴承,为可靠性评估提供依据。第三,根据功率分流型2.5MW风机增速箱的传动原理,利用行星差动轮系转矩和功率平衡理论,建立了各齿轮副所受切向力F_t的计算公式,利用其所受的LDD载荷谱,得到了各齿轮副所受切向力F_t的分布,为进行齿轮疲劳可靠性计算提供了基础。第四,根据2.5MW风机增速箱的主要失效模式和机理,以保证各齿轮接触疲劳和弯曲疲劳可靠度为设计准则,采用应力-强度模型理论,建立了其可靠性计算模型。建立了各齿轮接触应力和弯曲应力的计算式,研究了接触应力和弯曲应力计算式中各参数的随机性。利用Monte Carlo模拟,得到了考虑载荷分布和各参数随机性条件下的各齿轮接触应力和弯曲应力分布。根据各齿轮材料、加工和热处理工艺及运行条件等,利用Monte Carlo模拟得到了考虑各参数随机性条件下的各齿轮接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的分布。应用应力-强度模型,采用Monte Carlo模拟得到了20年服役期内各齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳可靠度。第五,建立了考虑两种失效模式相关性的齿轮疲劳可靠性计算模型,计算得到了各齿轮的疲劳可靠度;考虑强度退化的情况,分析计算得到齿轮的疲劳可靠度随时间的变化情况;考虑齿轮传动中各齿轮失效相关,建立可靠性模型计算得到20年服役期内2.5MW风机增速箱齿轮传动可靠度。最后,对本文的研究工作做了总结,并给出本课题接下来可以进行深入研究的方向。