随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估.pdf

２０２４年５月机床与液压Ｍａｙ２０２４

第５２卷第１０期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ５２Ｎｏ１０

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１３８８１２０２４１００２９

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文献引用：王硕，高建雄，衡飞，等．随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估［Ｊ］．机床与液压，２０２４，５２（１０）：１８２１８８．

Ｃｉｔｅａｓ：ＷＡＮＧＳｈｕｏ，ＧＡＯＪｉａｎｘｉｏｎｇ，ＨＥＮＧＦｅｉ，ｅｔａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅａｒｕｎｄｅｒｒａｎｄｏｍｌｏａｄ［Ｊ］．Ｍａ⁃

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ｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２４，５２（１０）：１８２１８８．

随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

王硕，高建雄，衡飞，袁逸萍，朱鹏年，王义涛

（新疆大学智能制造现代产业学院，新疆乌鲁木齐８３００１７）

摘要：以２ＭＷ水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象，对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机

风速作为风机齿轮箱外部载荷，通过齿轮的转矩、切向载荷，计算齿轮齿根所受应力，并采用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布进行拟合；根

据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Ｇｒｉｆｆｉｔｈ理论，建立断裂概率与裂纹之间的模型；基于Ｐａｒｉｓ公式建立裂纹与

载荷加载次数模型；最后，将上述２种模型结合，利用可靠度与失效率之间的关系，建立考虑随机载荷条件下，风机齿轮

的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例，结果表明：相对于初始可靠度大于０９９的太阳轮，所验证的太阳轮初始

可靠度在低至０５的情况下，经过高载荷的作用，其可靠度会急剧下降，直至失效。在确定的材料下，所提模型可以较好

地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响，可较好地应用于工程实践中。

关键词：随机载荷；风机齿轮；Ｗｅｉｂｕｌｌ分布；可靠性评估

中图分类号：ＴＢ１１４３

ＤｙｎａｍｉｃＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅＧｅａｒｕｎｄｅｒＲａｎｄｏｍＬｏａｄ

ＷＡＮＧＳｈｕｏ，ＧＡＯＪｉａｎｘｉｏｎｇ，ＨＥＮＧＦｅｉ，ＹＵＡＮＹｉｐｉｎｇ，ＺＨＵＰｅｎｇｎｉａｎ，ＷＡＮＧＹｉｔａｏ

（ＭｏｄｅｒｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＸｉｎｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＵｒｕｍｑｉＸｉｎｊｉａｎｇ８３００１７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆ２ＭＷｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｈａｆｔｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｒｅ⁃

ｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅａｒｗｉｔｈｃｒａｃｋｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒａｎｄｏｍｗｉｎｄｓｐｅｅｄｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄｏｆｔｈｅｗｉｎｄ

ｔｕｒｂｉｎｅｇｅａｒｂｏｘ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｔｏｏｔｈｒｏｏｔｏｆｔｈｅｇｅａｒｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｔｏｒｑｕｅａｎｄｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｏａｄｏｆｔｈｅｇｅａｒ，Ｗｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉ⁃

ｂｕｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｆｉｔｔｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒａｃｔｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙａｎ