新型风电偏航驱动减速机减振降噪机理与仿真分析

论文摘要

近年来,兆瓦级风电机组已发展成为利用风能的主流风电设备。而对兆瓦级风电机组起偏航作用的偏航驱动减速机往往存在振动噪声较大,可靠性较差以及寿命不长等缺点,直接影响兆瓦级风电机组的运行性能和周边的环境。因此,如何有效确定体积、重量、强度和刚度将有望成为从技术上解决新型风电偏航驱动减速机振动噪声、寿命和可靠性等问题的一种有效措施。为此,本文以国家“十一五”科技支撑计划重点项目[2006BAJ04B04]为依托,针对新型风电偏航驱动减速机的振动噪声产生机理,考虑额定工况下行星齿轮和活齿销对箱体的动态激励对风电偏航驱动减速机系统进行动力学仿真分析、模态分析、振动响应求解、辐射噪声预测和板块贡献量分析,并以此为基础进行偏航驱动减速机的减振降噪研究,论文的主要工作和创新点如下：(1)分析了风电偏航驱动减速机的传动机理、振动噪声激励以及传动系统的主要激励情况,找出了风电偏航驱动减速机振动噪声的主要激励,并提出了风电偏航驱动减速机减振降噪的研究思路。(2)建立了新型风电偏航驱动减速机动力学模型和进行了动力学仿真,得到了输入、输出转速、齿轮动态啮合力和活齿销接触力的时域规律,仿真结果表明,活齿销的最大工作应力小于材料的许用应力,满足强度要求。(3)在模态分析理论和动力学仿真结果的基础上,建立了减速机箱体的有限元模型,并对箱体进行了模态分析以及基于模态的强迫响应分析,结果表明：箱体的振动速度频率响应曲线峰值频率主要位于低频带,输入端的振动速度比较大,但额定工况下新型风电偏航驱动减速机箱体仍然不会发生共振现象。(4)采用箱体的振动速度定义速度边界条件,分别利用直接边界元法和ATV法对偏航驱动减速机箱体进行了辐射噪声预测和声学贡献量分析,结果表明,箱体的双联法兰回转外壳和机座为主要噪声来源,并可通过结构改进措施实现新型风电偏航驱动减速机的减振降噪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状与发展概况
• 1.2.1 风力发电国内外发展现状
• 1.2.2 减速机国内外研究现状
• 1.2.3 振动噪声国内外研究现状
• 1.3 数值模拟研究与应用
• 1.3.1 模拟工具
• 1.3.2 虚拟样机技术在机械工程中的应用
• 1.3.3 ADAMS在机械系统动力学仿真方面的应用
• 1.3.4 LMS Virtual.Lab在振动噪声分析和预测方面的应用
• 1.4 研究思路与文章结构
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 文章结构
• 第2章 新型风电偏航驱动减速机噪声与振动机理
• 2.1 声学基础理论
• 2.1.1 声学基本概念
• 2.1.2 理想流体媒质的三个基本方程
• 2.1.3 三维声波方程
• 2.1.4 声波的辐射机理
• 2.2 振动的物理量度及评价标准
• 2.2.1 振动的物理量度
• 2.2.2 振动的评价标准
• 2.2.3 振动与噪声的关系
• 2.3 新型风电偏航驱动减速机的传动机理分析
• 2.3.1 新型风电偏航驱动减速机传动系统结构的确定
• 2.3.2 一级行星齿轮传动机理分析
• 2.3.3 活齿传动的分类和特点
• 2.3.4 二、三级销轴式活齿传动机理研究
• 2.4 新型风电偏航驱动减速机振动噪声机理
• 2.4.1 齿轮系统振动噪声的产生机理及影响因素
• 2.4.2 齿轮传动系统的动态激励分析
• 2.4.3 新型风电偏航驱动减速机振动噪声的产生机理
• 2.5 本章小结
• 第3章 新型风电偏航驱动减速机动力学仿真分析
• 3.1 虚拟样机的实体建模与虚拟装配
• 3.2 Pro/E与ADAMS之间的模型转换与简化
• 3.3 偏航驱动减速机虚拟样机的动力学建模
• 3.3.1 动力学仿真分析的步骤
• 3.3.2 多刚体系统动力学理论及建模要求
• 3.3.3 减速机虚拟样机动力学模型的建立
• 3.4 动力学方程与算法
• 3.4.1 多刚体系统动力学的微分代数方程分析
• 3.4.2 新型风电偏航驱动减速机动力学方程
• 3.4.3 新型风电偏航驱动减速机动力学仿真算法
• 3.5 动力学仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 新型风电偏航驱动减速机箱体的振动响应求解
• 4.1 模态分析理论
• 4.2 偏航驱动减速机箱体的模态分析
• 4.2.1 箱体有限元模型的建立
• 4.2.2 模态计算
• 4.3 偏航驱动减速机箱体的振动响应分析
• 4.3.1 减速机箱体的动态激励
• 4.3.2 减速机箱体结构振动响应分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 新型风电偏航驱动减速机噪声预测与减振降噪研究
• 5.1 声辐射直接边界元法
• 5.2 ATV与板块贡献量理论
• 5.2.1 ATV理论
• 5.2.2 板块贡献量描述
• 5.3 偏航驱动减速机的噪声预测与分析
• 5.3.1 声学边界元模型的建立
• 5.3.2 减速机箱体的辐射声场计算与噪声预测
• 5.4 基于ATV的板块贡献量分析
• 5.4.1 ATV计算
• 5.4.2 板块贡献量计算与分析
• 5.5 减振降噪研究
• 5.5.1 改进设计方案的确定
• 5.5.2 改进前后的噪声对比与分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢