基于蒙特卡罗法,建立了斜齿轮随机啮合效率的可靠性模型,选择对啮合效率影响较大的5个参数作为随机参数,通过对随机参数的正态分布抽样,分别得到各个随机参数对啮合效率的可靠性影响。结果表明,法向模数和螺旋角对斜齿轮啮合效率的影响最小,两者相近;其次是齿宽、法向压力角;影响最大的是齿顶高系数h。所以,在考虑啮合效率的斜齿轮传动系统的设计和制造中,可以通过优化法向模数、螺旋角β和齿宽来提高斜齿轮的接触强度和弯曲强度,以减少对啮合效率的影响。

燃气轮机是一种功率大、效率高、体积小、寿命长的新一代清洁能源动力装置。燃气轮机齿轮箱是将燃气轮机输出功率减速增扭后传递给工作机的装置,是燃气轮机机组的关键配套系统之一。阐述了燃气轮机和燃气轮机齿轮箱的国内外发展现状,分析并列举了燃气轮机齿轮箱的典型结构及各自的优缺点。综述了传动系统动力学研究、行星轮均载技术、齿轮修形技术等燃气轮机齿轮箱研制关键技术及研究现状,指出了燃气轮机齿轮箱的发展趋势及需要进一步研究的问题。

齿轮箱热功率损失及传动效率是评价齿轮传动质量好坏的重要指标之一。基于齿轮各啮合参数,推导了齿轮啮合热功率损失数学表达式。考虑油膜厚度和摩擦因数,分析了齿轮啮合滚动功率损失和滑动功率损失与两者的对应关系,得到各齿轮参数对齿轮啮合热功率损失的影响规律。结果表明,滚动功率损失与油膜厚度呈正相关关系,而滑动功率损失与摩擦因数呈正相关关系。基于各齿轮参数对齿轮啮合热功率损失的影响,提出高效率人字齿参数选取原则。

以3. XMW风力发电齿轮箱的第一级柔性销轴行星齿轮传动为研究对象,建立了考虑齿轮啮合、轴承支撑、螺栓预紧的有限元模型。分析了在额定工况下行星轮系的应力和位移,计算了弹性销套和限位块之间的间隙变化及销轴的最大位移。计算结果表明,在额定工况下,弹性销套和限位块之间的间隙减小了0. 285 mm,没有发生接触,销轴末端最大位移约为0. 24 mm。根据齿圈根部的应力分布计算了该轮系在额定工况下的均载系数(k_γ)和齿向载荷分布系数(K_(Fβ)),并对该3. XMW风电齿轮箱进行了均载测试。对比结果表明,根据有限元方法计算的均载系数与实际情况相符合,且该柔性销轴结构具有很好的均载性能。

行星传动机构作为风电齿轮箱关键部件,因承受无规律的风力作用及强阵风冲击变载荷作用,其工作时的可靠性决定着整台风电齿轮箱传动的可靠性。作为齿轮传动4项要求之一--适当的齿侧间隙是齿轮副正常工作的必要条件,是降低行星轮系传动时冲击、噪声、空程误差,以及提高风电齿轮箱使用寿命的关键。针对一级行星传动结构形式的风电齿轮箱行星齿轮副侧隙偏大问题,从零件制造、装配、测量3个方面对行星轮副侧隙的影响进行了深入分析,确认了装配工艺对行星齿轮副侧隙的影响,通过选配中箱体与主轴承,解决了行星轮齿轮副侧隙偏差问题。

对于风电齿轮箱的高可靠性要求,都是通过加速疲劳寿命试验的技术方法来验证齿轮箱的疲劳可靠性。根据主机厂提供的齿轮箱设计载荷谱,确定额定载荷在额定转速下运转的时间;应用Miner理论,确定风电齿轮箱加速疲劳寿命试验的试验步骤,以此试验后的结果来验证齿轮箱的疲劳可靠性。

针对风电齿轮箱中行星轮轴承外圈跑圈失效问题,分别从宏观结构以及微观材料进行了深入分析,确认了轴承结构以及行星轮系结构是行星轮轴承外圈失效的原因,通过无外圈轴承结构以及柔性销轴结构解决行星轮轴承外圈跑圈问题。

通过具体试验,对风电齿轮箱输入端漏油原因进行系统性地分析,并给出有效的解决措施,解决了漏油问题。