风电增速箱齿轮传动系统动力学特性分析

论文摘要

随着能源和环境问题日趋严峻,风能作为一种清洁可再生能源在全球范围内得到广泛应用。齿轮箱是风力发电机中的重要部件之一,其性能表现对风力发电机有很大影响。本论文以某型1.5MW风力发电机齿轮箱为对象,研究了风力发电增速箱齿轮传动系统在外部风载和内部激励共同作用下的系统动力学特性。首先采用集中参数方法建立齿轮传动系统的物理模型,模型中计入了系统各构件三个平移自由度和三个扭转自由度,考虑了各广义坐标上系统响应的耦合关系,并对各齿轮副沿啮合作用线的弹性变形进行了详细的分析,利用相对质心动量矩定理建立系统数学模型。另外对轴承支撑刚度进行了计算与简化,得出风力发电增速箱齿轮传动系统的固有频率。然后计算了风力发电增速箱齿轮传动系统中内、外啮合的非线性时变啮合刚度和齿轮啮合的误差激励。详细分析了由风载引起的系统外部激励。得到了系统响应的相图、Poincare截面、时域波形、幅值谱图和轴心轨迹。对风力发电齿轮传动系统的动力学特性进行了较为全面的研究。最后用ANSYS软件建立了考虑轮齿啮合刚度的斜齿轮传动系统弯扭轴摆耦合的有限元振动模型。其中传动轴段采用三维六自由度梁单元,齿轮采用集中质量单元,轴承的支撑刚度采用弹簧单元来模拟。获得了齿轮传动系统的固有频率和振型,计算结果与传动系统动力学模型的计算结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 风力发电的国内外发展现状
• 1.3 齿轮传动系统动力学国内外研究现状
• 1.3.1 齿轮啮合刚度研究现状
• 1.3.2 齿轮系统动态激励研究现状
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 齿轮传动系统的动力学模型
• 2.1 风力发电增速箱简介
• 2.2 系统的动力学模型
• 2.2.1 行星齿轮传动系统动力学模型
• 2.2.2 二级斜齿轮传动系统动力学模型
• 2.3 动力学方程中参数的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 齿轮传动系统的固有频率计算
• 3.1 齿轮的啮合刚度与阻尼
• 3.2 齿轮的基本参数
• 3.3 轴承支撑刚度
• 3.3.1 齿轮载荷
• 3.3.2 轴承载荷
• 3.3.3 轴承刚度的计算和简化模型
• 3.4 齿轮传动系统的固有频率求解
• 3.5 计算结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 齿轮传动系统响应分析
• 4.1 激励分析
• 4.1.1 外部激励
• 4.1.2 内部激励
• 4.2 齿轮啮合动力学方程
• 4.3 内部激励合成
• 4.4 齿轮传动系统动态响应结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 齿轮传动系统有限元模态分析
• 5.1 齿轮传动系统有限元模型
• 5.2 齿轮传动系统的模态分析理论
• 5.3 有限元模态求解方法
• 5.4 齿轮传动系统模态分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.3 本文创新点
• 参考文献
• 致谢