风力发电机增速器设计及仿真

论文摘要

在风力发电机组的各个组成部分中,增速器齿轮箱是故障率最高的环节之一,也是我国风电设计水平的主要瓶颈。目前,国产风力发电机齿轮箱的故障主要集中在齿轮箱工作寿命达不到设计要求。其中,齿轮失效是齿轮箱发生故障的主要原因。因此,设计高效可靠的齿轮传动系统就我国风电产业发展的关键。本文通过对风力发电机组传动系统的分析和研究,根据国内外研究现状,对风力发电机组核心部件——增速箱进行设计。本文提出了一种新型混合式风发电机增速器,由两级行星轮系和一级平行轴轮系组成。确定传动方案后,对增速器虚拟样机、关键部件的有限元分析、整机动力学分析、虚拟样机及其虚拟现实环境等方面进行了较系统和深入的研究。通过构建精确的虚拟样机模型和建立准确的虚拟装配关系,利用相关有限元分析软件,对危险部件进行了强度校核。根据系统动力学分析结果,对传动方案的合理性进行了进一步的论证。为了使工程人员更好地了解风力发电机组的具体工作环境,更加直观地观察到增速器的工作过程,利用虚拟现实相关技术构建了风力发电机组虚拟工作环境。本文所设计的风力发电机组增速器具有输出功率大、结构尺寸小、可靠性高等特点,能够为我国风力发电机组自主知识产权开发提供一定的依据。本文的研究成果已投入实际制造,物理样机的研制工作正在加紧进行。在制造、装配与实验的过程中将进一步验证本文提出的设计方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状与发展趋势
• 1.2.2 国内研究现状与发展趋势
• 1.3 研究目的与内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 兆瓦级风力发电系统增速器设计
• 2.1 传动方案的确定
• 2.1.1 增速器基本设计要求及设计步骤
• 2.1.2 传动方案及运动原理图
• 2.2 增速器整机设计
• 2.2.1 第一级行星轮系传动设计及校核其装配条件
• 2.2.2 第二级行星轮系传动设计及校核其装配条件
• 2.2.3 第三级平行轴圆柱斜齿轮设计
• 2.2.4 行星齿轮具体结构的确定
• 2.3 材料选择及强度校核
• 2.3.1 行星传动强度校核
• 2.3.2 斜齿圆柱齿轮强度校核
• 2.4 本章小结
• 第3章 增速器虚拟样机构建
• 3.1 什么叫虚拟样机
• 3.2 虚拟装配的若干关键技术
• 3.2.1 虚拟样机协同装配技术
• 3.2.2 虚拟装配对象建模
• 3.2.3 虚拟装配信息建模
• 3.2.4 基于物理属性的虚拟装配
• 3.3 本章小结
• 第4章 关键部件有限元分析
• 4.1 渐开线齿轮接触分析
• 4.1.1 接触分析理论
• 4.1.2 ANSYS中的接触分析
• 4.1.3 风力发电机增速器危险齿轮接触分析
• 4.2 渐开线齿轮模态分析
• 4.2.1 模态分析理论
• 4.2.2 关键齿轮轴模态分析
• 4.3 轴及壳体静力学分析
• 4.3.1 静力学分析理论
• 4.3.2 轴及壳体静力学分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 增速器整机多刚体系统动力学分析
• 5.1 多刚体系统动力学基本理论
• 5.2 增速器整机多刚体系统动力学分析
• 5.2.1 Admas中虚拟样机动力学仿真运动副的定义
• 5.2.2 齿轮传动中各部件运动仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 风力发电机组虚拟工作环境构建
• 6.1 虚拟现实技术
• 6.2 工具软件介绍
• 6.3 交互式场景漫游开发
• 6.3.1 光照方程
• 6.3.2 光照与渲染技术
• 6.3.3 全场景漫游实现
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况