作为大型垂直轴风力发电机的重要组成部分,传动系统和制动系统对整个风电机组的运行和安全起着至关重要的作用。目前市场上大功率垂直轴风力机所占份额很少,对于大功率垂直轴风力机的传动系统尚无固定的设计体系,而且多数垂直轴风力机无变桨系统,随之而来的问题是所需的机械制动力矩很大。为解决此问题,本文将对兆瓦级垂直轴风力机的传动系统及制动系统进行研究。为了解决兆瓦级垂直轴风力机传动系统设计的困难,对比了多种风力机传动方案,确定了一种最优传动结构方案:整机为半直驱传动形式,将增速器、发电机等置于地面附近安装布置;轴承方案采用三级轴承支承,主轴承(Ⅰ级轴承)为转盘轴承,上导轴承(Ⅱ级轴承)为调心滚子轴承,下导轴承(Ⅲ级轴承)为推力调心滚子轴承,上导轴承和下导轴承均采用剖分式轴承。为了获得风力机在不同工况下的载荷,采用Fluent数值模拟的方法对风轮进行了气动特性的计算,并根据载荷确定了传动轴各段轴的结构尺寸。为使轴系结构满足设计要求,对其进行了强度校核、疲劳分析和模态分析。为了解决大功率风力机制动可靠的问题,建立了制动系统模型,对安装在不同位置的制动器进行了受力分析。针对不同的制动工况,对机械制动系统的方案进行了制动力矩及制动时间等相关计算,确定了高速轴+低速轴两级制动方案,并利用ANSYS软件对制动器摩擦副进行了温度场及应力场的分析。采用等时间间隔的循环加载热流密度的方法,分别对额定风速下正常制动工况和弃风风速下紧急制动工况时低速轴和高速轴的摩擦副温度场进行模拟计算。结果表明,制动盘温度分布不均匀,高温区主要集中在摩擦接触表面。制动衬片温度相较制动盘高出很多,表面温度分布较均匀。两种工况下制动盘和制动衬片温度分布相似,紧急工况温度相对较高。对制动器分别进行了纯机械应力分析和热应力分析。通过应力场分析,可以判断制动盘是否会产生热裂纹或者失效,为制动盘的改进设计提供参考。研究表明,由温升引起的热应力对制动器的应力场占主导作用,且高应力区主要集中在摩擦区域。