风电齿轮箱高速轴动载下强度分析研究

张合超

摘要：本文对风齿轮电箱高速轴动载下的强度进行了简单的分析，指出了风电齿轮箱中高速轴在启停时容易损坏的原因。并经过分析，提出了相应的诸如对齿轮件进行精加工、进行优化设计等改进措施。希望能通过本文的研究，对于风电齿轮箱的设计改进提出有意义的建议。

关键词：风电齿轮箱；高速轴；承载强度分析；改进措施

1.风电齿轮箱高速轴动载下强度分析

由于高速轴是风电齿轮箱中连接负载最重要的零件，相对于其他零件来说，因其循环次数最大，更容易受到损坏。因此，我们分析了风电齿轮箱中高速轴动载下，不同时间段内受的承载拉力。当承载拉力最大时，风电齿轮箱中高速轴损坏的可能性越大。而我们发现在风电齿轮箱启动加速时段，承载拉力最大，此时对高速轴也会造成较大的冲击。就如同刚打开的电灯最容易被烧毁一样，风电齿轮箱在刚刚启动加速的时段也会极其容易发生故障。此外，在风电齿轮箱刹车减速时，承载压力也相对较大，减速时造成的冲击也较大。因此应该避免在这两个时段所对应的频率下工作。而风电齿轮箱频繁的启停运转，也会造成风电齿轮箱高速轴承受很高的压力，以至于造成风电齿轮箱的损坏。频繁的启停运转也是造成风电齿轮箱高速轴发生疲劳损坏的最主要的原因。风电齿轮箱结构如图1。

2.关于风电机组齿轮箱的强度提升的改进措施

以上分析了风电机组齿轮箱中高速轴容易发生故障的原因，经过我们的分析，以及对于各项数据的研究整理。提出了以下关于风电机组齿轮箱强度提升的切实可行的改进措施，如表1。

2.1对风电机组齿轮箱进行优化设计

对于整个风电机组齿轮箱各个零部件来说，高速轴是一个极容易受到工作磨擦而损坏的元件。因此，首先要保证高速轴是可以拆卸替换的。一部分风电机组齿轮箱为了减少生产时的成本，而且为了生产方便，便使得高速轴不能够进行拆卸，这使得在对于风电机组齿轮箱进行维护过程中，一旦发现高速轴产生了故障，便只能对于整个风电机组齿轮箱进行下塔维修。这大大的增加了维修的难度，提升了维修运营的成本，也增加了维修的时间。而随着风电机组齿轮箱的运用日益广泛，很多大型风电机组齿轮箱不便进行大幅度的維修以及改进，因此要安装可以拆卸的高速轴套件。

风电机组齿轮箱的螺栓也是经常容易受到磨损的，因此要及时地对各个螺栓进行更换以及维修处理。而对于风电机组齿轮箱容易造成的脱漆现象，可以在设计时通过增加涂漆表面的粗糙程度来增加油漆的附着力度，避免脱漆现象的发生。在风电机组齿轮箱的焊接过程中，也应该保证焊接工作的工作质量，以避免发生零件断裂的现象。

2.2提高风电机组齿轮箱的加工精度

风电机组齿轮箱在风力发电的过程中占据着十分重要的作用，因此相关部门要保证风电机组齿轮箱具有较高的加工质量。在对于风电机组齿轮箱的加工过程中，首先要保证风电机组齿轮箱的设计的合理性。其次要保证风电机组齿轮箱的合格率。而保证风电机组齿轮箱合格率最大的要求就是提高风电机组齿轮箱的加工精度，在风电机组齿轮箱中各部件的加工质量上尽量达到传动需求的最高水准。尽量采用较为先进的科学技术以及加工手段，降低风电机组齿轮箱各个零部件之间的摩擦，降低风电机组齿轮箱运行的噪音等。对于齿轮的设计，应该进行适当的齿形、齿向处理，来提升风电机组齿轮箱运行的平稳度，提升其使用的寿命。要使得风电机组齿轮箱能够具有更长的寿命，这就需要相关的风电机组齿轮箱加工工厂首先要保证设计以及各个零部件的成本，在成本预算之内，尽量采用更加合理的加工处理方法以及对于各个零部件进行合理的改进。不要一味的追求通过降低成本来增加工厂的利润，这是需要广大生产商自主注意的方面。

2.3对于风电机组齿轮箱进行定期的检查以及维护

风电机组齿轮箱由于经常的运转，因此各个零件之间经常摩擦而造成损坏。倘若这些问题不能够被及时的发现以及解决，便容易造成更大的损失。严重的甚至会影响整个机组的运转。因此相关部门应该对于风电机组齿轮箱进行定期的检查以及维护工作，更换掉腐蚀损坏的零部件。重点对于受磨损比较严重的螺栓，以及受压力影响较大的高速轴等零部件进行充分的检查。

3.总结

本文通过运用物理学的原理对风电机组齿轮箱高速轴动载下的强度分析，指出了在开启以及刹车时风电机组齿轮箱容易发生故障。并经过对于故障的具体分析，对于风电机组齿轮箱的优化改进提出了一些建议。希望相关部门能够不断的改进技术，实现风电机组齿轮箱高效快速的运转。

参考文献

[1]杨长辉，徐涛金，吴灿元.大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析[J].中国机械工程，2016，27（5）：609-614，621.

[2]安宗文，陈川，刘波.风电齿轮箱传动系统的振动特性分析[J].兰州理工大学学报，2017，43（6）：38-44.

（作者单位：南京高速齿轮制造有限公司）