近年来,风力发电作为清洁可再生的新能源发电技术,在我国的发展规模逐年扩大。提高在线风电机组各系统的运行可靠性和加强风电场的运维管理质量可以有效增加发电效益。齿轮箱作为机组传动系统中的重要部件,长期在随机交变载荷下运行,其内部零部件极易发生疲劳破坏。风电机组运行中外部风载荷的随机性和内部结构的相互影响增加了齿轮箱齿轮疲劳损伤评估和寿命预测的难度。本文主要针对不同风速、不同载荷类型下的风电机组齿轮箱进行疲劳分析。论文主要研究内容包括:首先,根据风力发电机组运行原理建立风速模型和机组叶轮转矩计算模型计算齿轮箱外部激励。同时建立考虑时变啮合刚度和阻尼的齿轮箱动力学模型,并编制不同风况下的齿轮弯曲应力载荷谱,利用雨流计数法统计应力循环,结合线性疲劳累积损伤理论对短期不同风况下的齿轮疲劳损伤进行计算评估。其次针对多频率叠加的混合态交变应力载荷作用下的齿轮疲劳问题,提出了基于时频分析的混合态单轴应力疲劳计算方法,通过希尔伯特变换获得基态载荷的特征参数,并计算共同作用下的综合疲劳寿命。然后针对齿轮微裂纹的扩展寿命问题,对比分析了定风速和不同湍流强度的随机风速下的齿轮剩余疲劳寿命。最后基于数据采集与监视控制系统(SCADA)统计数据,给出齿轮断裂破坏前的疲劳损伤累积变化规律,并利用停机维修前的风速—时间记录计算裂纹扩展寿命,以此综合评估裂纹形成至扩展破坏的疲劳总寿命。论文的研究表明齿轮箱齿轮疲劳断裂寿命与外部风载激励有内在联系,平均风速和湍流强度的变化会造成不同程度的损伤影响。同时论文给出基于时频分析的混合态单轴应力疲劳计算流程,推进了齿轮承受多频率叠加循环载荷时的寿命评估理论。此外,论文根据裂纹扩展速度对不同风况下的齿轮剩余寿命进行评估,并利用SCADA数据分析实际齿轮的损伤累积规律和裂纹扩展寿命,为风电机组齿轮箱疲劳寿命的在线监测提供方法和借鉴。