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增速齿轮箱是风力机发电机组中重要的机械传动部件，其将风轮在风力作用下产生的动 力传递给发电机，以使发电机可在额定转速下进行发电。图 1。4 及图 1。5 展示的是某风力机齿 轮箱的外形图和内部结构简图，其由一级行星加两级平行轴组成；第一级是由行星架、齿圈、 行星轮和太阳轮构成的输入级齿轮副；第二级是由低速轴齿轮和中间轴构成的齿轮副；第三 极是由中间轴齿轮和高速轴构成的齿轮副，该结构形式可降低行星齿轮及轴承的失效风险， 增强齿轮箱整体的可靠性。兆瓦级风电齿轮箱的传动比一般在 100 左右，高速轴输出转速在 1000~3000 左右，具有大功率大传动比等特性。 

图 1。5 风电齿轮箱外形图 图 1。6 风电齿轮箱结构图

风力发电机运行受自然条件影响较大，很多特殊状况的出现，皆可能致使风电机组发生 故障。风力发电机组通常安装在荒原、海滩、高山等处，风况复杂多变，尤其是会遭受强阵 风的冲击，齿轮箱的受力情况复杂。加上该种地区往往气温多变、昼夜温差较大，对于润滑 油的性能也是一种极大的挑战，以致齿轮传动链得不到充分的润滑。此外，齿轮箱安装在几 十米高的塔架上，塔架的柔性对齿轮箱的稳定性也会造成影响。一旦出现故障，限制于风场 位置偏远、机舱空间狭小等因素，想要及时维修非常困难。若进行维修，周期长成本高，不 仅浪费了大量的风资源，还会严重影响风场的经济效应。因此，风机的设计寿命一般不少于 20 年，这也要求齿轮箱的制造需向着高效、高可靠性方向发展。尽管目前国际上齿轮箱的设 计制造技术已经相对较为成熟，但据数据表明，风力机组故障中，齿轮箱的故障仍为主要原 因，而由齿轮箱故障失效引起的停机时间也为最长。

兆瓦级风电齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴、油渗漏和油温高等，其中， 齿轮、轴承和轴的疲劳损伤为失效的主要形式[1]。齿轮损伤的常见形式主要包括轮齿折断和齿 面损伤。齿面疲劳多发生在过大的接触剪应力下或应力循环次数过多，在轮齿的表面或表层 下会产生疲劳裂纹并逐渐扩展，进一步造成齿面损伤。断齿主要包括疲劳折断和过载折断，

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疲劳折断主要发生在过高的交变应力循环作用下，在危险截面形成疲劳源，随着疲劳裂纹的 不停扩展，剩余的轮齿截面上的应力超出了其承载能力，使其瞬间折断；过载折断多是由于 轮齿上的作用应力超过其极限，引起裂纹迅速的扩展并是轮齿折断。 

图 1。7 常见齿轮损伤形式

多级多行星轮的传动方式，常引发风电齿轮箱中各级行星轮间载荷分配不均，当载荷不 均匀系数过大时，就会引起传动部件的过载，造成齿轮轮齿折断或轴承烧坏等情况。因此， 为了提高风电齿轮箱的可靠性和整体寿命，需深入研究风电齿轮箱传动链在变工况变载荷作 用下的动态特性，预测其损伤积累和疲劳寿命，为其设计和优化提供更多的理论参考和依据， 促进风电装备技术的发展。

1。2 国内外研究现状及发展动态

1。2。1 风电齿轮箱动载荷及疲劳研究现状