规模化开发利用风能可以显著地优化现有能源结构,更有效地保护地球生态环境。由于陆上土地资源的短缺,海上风电机组的研究与开发成为当今主流的发展趋势。海上风电机组齿轮箱是关键部件之一,其性能的优劣将直接影响整个机组的可靠性、工作寿命和经济效益。对齿轮箱进行了建模仿真研究,为大功率风电机组传动链的优化设计、可靠性提高提供理论依据,具有重要的研究意义和工程应用价值。在国家重点研发计划课题“大型海上风电机组传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术”(2018YFB1501304)的资助下,主要研究内容和成果如下:(1)对海上风电机组典型设计工况的风速变化情况进行了分析,研究了相关的风环境和机组载荷,确定了合适的风轮叶片、轮毂、塔架等参数,搭建了海上风电机组模型。建立了主轴、叶片坐标系,通过理论分析确定出运行过程中主轴所受的力和转矩。(2)选用FAST软件,通过各个模块耦合,开展了仿真研究,得到了额定风速下主轴上的力、转矩随时间的变化特性和叶片根部载荷变化规律,为其后的齿轮箱受力分析和相关重要部件的故障诊断提供理论依据。考虑风、浪等外界环境条件,基于SIMPACK软件建立了大型海上风电机组齿轮箱多体动力学模型,(3)分析研究不同模态下的齿轮箱的不同部件的运动趋势。基于齿轮的齿廓修形理论,揭示了齿轮箱传动系统力学分布特性,获得了不同压力角对低中高速齿轮的作用规律。重点研究了其在13°、15°、18°、20°、22.5°和25°不同压力角下斜齿轮的受力变化规律。研究结果表明,为了避免风电机组齿轮箱小齿轮的频繁失效,提高可靠性,低中速齿轮优先选用15°压力角,高速级齿轮优先选用20°压力角。