风力发电机组齿轮传动系统的仿真研究

论文摘要

风电产业在国内外的迅速发展,促成了风电装备制造业的繁荣。齿轮增速箱作为风电机组的核心部件,倍受国内外相关行业以及研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚,技术环节薄弱,特别是兆瓦级的风电齿轮箱,主要依靠引进国外技术。因此,急需自主开发研究兆瓦级风电齿轮箱,掌握其设计制造技术,以实现风机国产化目标。本文以2MW风电机组齿轮箱为研究对象,对其结构及运动特性进行仿真研究。主要完成以下工作：(1)根据风电机组齿轮箱实物来确定齿轮箱结构参数,采用SolidWorks三维造型软件建立齿轮箱实体模型以及简化后用以仿真和有限元分析的模型。(2)对齿轮箱传动系统刚性模型进行运动学及动力学分析,得到其位移、速度、加速度及载荷变化曲线,确定模型的可行性及输出载荷文件。(3)通过ANSYS方法建立低速轴和输出轴的模态中性文件(mnf文件),随后建立齿轮箱传动系统刚柔耦合模型并进行不同输入状态下的仿真,可更加直观的观察应力变化以及输出相关曲线。(4)对齿轮箱关键部件进行ANSYS分析。通过对齿轮箱体整体进行了模态分析,得到固有特性,探讨如何避免发生共振的问题,研究了齿轮箱的支承方式；对低速级行星轮系进行模态分析与瞬态动力学分析,根据分析结果分析如何抑制振动。(5)对行星轮系齿轮接触分析。先利用常规算法进行理论分析计算,再利用ANSYS对斜齿轮啮合接触进行有限元分析计算,并将两者加以对比分析；另外,分析影响接触应力的接触参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外发展现状及趋势
• 1.2.1 风力发电国内外发展现状与趋势
• 1.2.2 风电设备的技术现状与发展趋势
• 1.2.3 风电齿轮箱的发展现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 齿轮箱的结构原理与模型建立
• 2.1 风力发电机组齿轮箱的结构分析
• 2.1.1 齿轮箱主要结构和特性
• 2.1.2 增速箱结构参数
• 2.2 风力发电机组齿轮箱模型的建立
• 2.2.1 建模软件的选择及介绍
• 2.2.2 齿轮箱模型的简化
• 2.2.3 齿轮箱零部件的实体建模
• 2.2.4 齿轮箱仿真模型的虚拟装配
• 2.3 本章小结
• 第3章 齿轮箱传动系统仿真分析
• 3.1 基于ADAMS的风电机组齿轮箱虚拟样机
• 3.1.1 虚拟样机技术的概述
• 3.1.2 ADAMS简介
• 3.2 风电机组齿轮箱传动系统虚拟样机建立
• 3.2.1 虚拟样机模型简化
• 3.2.2 传动系统虚拟模型建立
• 3.3 基于刚性模型的齿轮箱传动系统仿真分析
• 3.4 齿轮箱传动系统运动学仿真分析
• 3.4.1 ADAMS运动学分析
• 3.4.2 齿轮箱传动系统运动学仿真
• 3.5 齿轮箱传动系统动力学仿真分析
• 3.5.1 载荷类型
• 3.5.2 ADAMS动力学分析
• 3.5.3 齿轮箱传动系统动力学仿真分析
• 3.6 齿轮传动系统的刚柔耦合分析
• 3.6.1 柔性体生成的方法
• 3.6.2 一级行星太阳轮的柔性化
• 3.6.3 输出轴的柔性化
• 3.6.4 传动系统耦合仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 齿轮箱关键部件有限元分析
• 4.1 有限单元法基础理论
• 4.1.1 有限元的基本思想
• 4.1.2 有限元典型分析步骤
• 4.1.3 有限元法分类
• 4.2 ANSYS WORKBENCH
• 4.2.1 ANSYS Workbench简介
• 4.2.2 ANSYS Workbench与SolidWorks之间的数据交换
• 4.3 齿轮箱箱体有限元分析
• 4.3.1 齿轮箱箱体的工况分析
• 4.3.2 模态分析介绍
• 4.3.3 齿轮箱箱体的模态分析
• 4.3.4 齿轮箱的减振支承方式
• 4.4 行星轮系有限元分析
• 4.4.1 低速级行星轮系的工况分析
• 4.4.2 低速级行星轮系的模态分析
• 4.4.3 瞬态动力学分析介绍
• 4.4.4 行星轮系瞬态动力学分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 齿轮箱斜齿轮接触应力分析
• 5.1 ANSYS中的接触分析功能与算法
• 5.2 低速级接触强度计算
• 5.3 齿轮副接触强度有限元分析
• 5.3.1 接触分析过程
• 5.3.2 分析结果查看
• 5.3.3 接触参数对分析的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢