风电齿轮箱行星齿轮疲劳断裂失效分析_任淮辉

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1、第40卷第2期Vol.40No.22015年2月HEATTＲEATMENTOFMETALSFebruary2015风电齿轮箱行星齿轮疲劳断裂失效分析1，2任淮辉(1．龙源(北京)风电工程技术有限公司，北京100034;2．清华大学航天航空学院，北京100083)摘要:研究了825kW风电机组齿轮箱运行5年后出现行星齿轮疲劳断裂的问题。通过对断裂齿轮进行化学成分、显微组织、宏微观断口分析以及力学性能、断裂韧性检测的试验分析，查明齿轮发生疲劳断裂的原因。结果表明，行星齿轮的断裂是多源疲劳裂纹萌生和扩展行为，齿轮内圈沟槽存在初始加工

2、缺陷，负载较大时出现应力集中;齿轮的表面与心部硬度的离散性较大说明存在热处理与表面渗碳等工艺问题;此外长期满负荷运行和过载冲击加速了疲劳裂纹的扩展，导致齿轮箱疲劳寿命降低。关键词:风力发电;风电齿轮箱;疲劳断裂;失效分析+中图分类号:TG162．73;TU973．254文献标志码:A文章编号:0254-6051(2015)02-0209-05Fatiguefailureanalysisonplanetarygearsystemofwindpowergearbox1，2ＲenHuaihui(1．Longyuan(Beijing)

3、WindPowerEngineerTechnologyCo．，Ltd．，Beijing100034，China;2．DepartmentofEngineeringMechanics，SchoolofAerospace，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract:Fatiguefractureofplanetarygearin825kWwindturbinegearbox，whichhadrunmorethan5years，wasinvestigated．Thefracture

4、reasonwasfoundoutbyuseofchemicalanalysis，metallographicexamination，fractographyandmechanicalpropertyandfracturetoughnesstests．Theresultsindicatethatthemulti-sourcefatiguecrackinitiationandpropagationbehavioroftheplanetarygearresultsfromthemanufacturingdefects，largea

5、ppliedloadingandhighstressofinnergearring．Thelargersurfaceandcorehardnessseparationofgearshowstheproblemofheattreatmentandsurfacecarburizingprocess．Inaddition，thelong-termfullloadingandoverloadingacceleratethefatiguecrackpropagation，thusleadtothedecreaseoffatiguelif

6、eofgearbox．Keywords:windturbinegenerator;windpowergearbox;fatiguefracture;failureanalysis风电齿轮箱是整个风电机组中成本较大的部件之定输入扭矩550kN·m，齿轮箱重量为6．5t，运行5一，约占机组总成本的18%，也是风电机组中的薄弱年以上，齿轮箱发生故障前风速超过25m/s时，机组环节之一。风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百处于满负荷运行状态，齿轮箱输入轴行星轮齿断裂，导多米高的狭小机舱内，其自身的体积和重量对机舱、塔致低速重载部分齿轮

7、卡死，箱体开裂，齿轮箱损毁严架、基础、机组风载、安装维护费用等都有重要影响，通重。本文通过对损坏行星齿轮的化学成分、显微组织、常要求齿轮箱的设计寿命为20年，对其可靠性要求极宏微观断口分析以及力学性能、断裂韧性等进行试验为苛刻。受制于齿轮箱总体设计、轮齿制造和加工工研究，结合齿轮箱的运行情况等进行全面分析，以期得艺、整箱装配工艺以及测试技术等诸多问题的影响，风到造成该型号齿轮箱严重损毁的主要原因。电齿轮箱在机组运行过程中会出现齿轮损坏、轴承磨［1-2］损以及轴系断裂等各种类型的失效问题。其中齿轮损坏是齿轮箱故障问题中最为常见，

8、其主要原因大致分为:磨损、点蚀、胶合、剥落、渗碳层碎裂、疲劳、冲击、过载等。某风电机组齿轮箱的轮齿传动模型如图1所示，采用一级行星二级平行斜齿混合传动结构，额定功率为825kW，输入转速为22．55r/min，传动比为1∶67．38，额收稿日期:2014-08-05作者简介: