风电增速器振动状态监测研究

论文摘要

风电增速器作为风电系统的重要组成部分，其振动状态直接影响风力机的运行性能。因而研究齿轮增速器的振动状态，优化测点布置并对其进行状态监测，保证增速器的稳定运行具有重要意义。本文以大连重工起重集团生产的兆瓦级风电增速器为研究对象，为了对其进行合理的测点布置需要掌握其机械结构，对其进行运动学分析，掌握各个构件的运动学性能，通过对系统进行动力学分析以及现场振动试验来确定测点布置。本文首先阐述了课题研究的背景、意义以及齿轮系统动力学分析的国内外发展现状，同时对兆瓦级风电增速器的结构进行研究，画出了系统的机械结构简图，并对其进行了运动学分析，计算了各级齿轮系统的特征频率。介绍了齿轮传动系统的动力学分析方法的理论基础。以高速轴传动齿轮系统为研究对象，建立了齿轮接触有限元模型，并计算了任意时刻的综合啮合刚度，运用Matlab曲线拟合工具箱得到了轮齿综合啮合刚度曲线及其方程。在此基础上建立了齿轮传动系统的非线性动力学方程，采用Runge-kutta法对系统的微分方程进行了求解，分析了刚度激励对高速轴系统性能的影响。建立了高速轴的三维有限元模型，并用弹簧单元模拟其两端轴承，对其进行了有限元动力学分析，得到了高速轴两端轴承处的振动响应。为了研究高速轴齿轮系统综合啮合刚度对整个系统的影响，建立了增速器箱体的三维有限元模型，对增速器箱体进行了模态分析，揭示了箱体的固有振动特性。并在此基础上运用模态叠加法，对齿轮箱体在刚度激励下的振动响应进行了分析计算，揭示了增速齿轮箱系统的在刚度激励下的动态响应，并得到了某些关键部位的振动形式。最后，在上述理论分析的基础上，分析了各个关键部位处节点的振动响应，并在对应部位布置测点进行了现场振动检测实验，对比分析了实验所得数据与理论计算数据，优化了增速器状态监测测点的布置，为以后的增速器振动状态的在线监测奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 齿轮箱系统振动监测研究发展概况
• 1.2.2 齿轮系统动力学研究发展概况
• 1.2.3 有限元法的发展及其在轴系研究中的应用
• 1.3 本课题的研究意义和内容
• 1.3.1 课题来源及意义
• 1.3.2 本文的主要内容
• 2 风电增速器运动学分析
• 2.1 风电增速器系统分析
• 2.2 风电增速器运动学分析及其特征频率计算
• 2.2.1 第一级行星齿轮传动
• 2.2.2 第二级行星齿轮传动
• 2.2.3 第三级定轴传动
• 2.3 本章小结
• 3 齿轮传动系统动力学分析方法基础
• 3.1 齿轮啮合动态激励基本原理
• 3.1.1 激励的类型和性质
• 3.1.2 齿轮啮合刚度动态激励基本原理
• 3.2 轮齿啮合综合刚度及其计算方法
• 3.2.1 啮合综合刚度
• 3.2.2 轮齿弹性变形的计算
• 3.2.3 轮齿变形计算的数值方法
• 3.3 齿轮系统振动分析模型
• 3.3.1 齿轮系统振动分析模型的分类
• 3.3.2 齿轮副扭转振动分析模型
• 3.3.3 分析模型主要参数
• 3.4 本章小结
• 4 增速器高速轴动力学分析
• 4.1 轮齿啮合综合刚度的计算
• 4.1.1 齿轮接触有限元模型的建立
• 4.1.2 轮齿啮合综合刚度的计算
• 4.2 输出轴刚度激励数值分析计算
• 4.2.1 振动微分方程的简化
• 4.2.3 Runge-Kutta法简介
• 4.2.4 Matlab数值仿真及结果分析
• 4.3 输出轴刚度激励有限元模拟
• 4.3.1 ANSYS瞬态动力学分析简介
• 4.3.2 输出轴刚度激励特性的有限元模拟与仿真
• 4.4 本章小结
• 5 测点布置优化
• 5.1 增速器箱体模态分析
• 5.1.1 模态分析基础
• 5.1.2 箱体有限元模型的建立
• 5.1.3 箱体模态分析
• 5.2 箱体动态激励分析及测点布置
• 5.2.1 有限元求解动力特性方法理论
• 5.2.2 箱体动态激励下的响应分析
• 5.3 振动检测试验
• 5.3.1 实验介绍
• 5.3.2 箱体振动监测测点布置
• 5.3.3 实验数据
• 5.4 数据对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢