风电行星轮增速器齿轮传动系统动力学建模与分析

【摘要】：增速传动齿轮箱是风力发电机中最重要的组成部件之一,其工作性能对整个系统有着至关重要的影响。随着风力发电机单机功率的不断提高,以及齿轮箱所处的高空支架和变载荷工况等恶劣的运行环境,对齿轮传动系统的设计、制造、安装等提出了特殊要求,其动力学行为的研究已经成为国内外关注的热点课题。由于我国国产风力发电机齿轮箱的振动噪声普遍比国外产品严重,因此齿轮传动的振动和噪声研究便成为风力发电设备国产化中亟待解决的重要课题之一。 本课题是以兆瓦级风力发电机齿轮传动系统为研究对象,以齿轮转子动力学为理论依据,以改变系统固有频率为目的运用经典力学中集中质量法,模拟齿轮转子系统在耦合情况下的动态振动过程,建立齿轮传动系统的动力学微分方程,结合风力发电机组高速传动系统的实例,借助软件Matlab求解系统的各阶固有频率值；对风力发电机增速箱系统进行了动态特性研究,研究改变系统元件的几何参数对系统固有频率的影响,提出改变系统固有频率来避免共振的有途径。对风力发电机增速箱的设计和振动噪声的控制具有重要的理论价值和指导意义；借助Matlab(GUI)设计系统动力学特性分析的软件。 【关键词】：风电齿轮箱 齿轮传动动力学 固有频率 动力学特性分析
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 本文研究的背景10-11
• 1.2 国内外风力发电发展状况11-13
• 1.2.1 国内风力发电发展状况11-12
• 1.2.2 国外风力发电状况12-13
• 1.3 风力发电机增速齿轮箱13-14
• 1.3.1 风力发电机增速齿轮箱概论13
• 1.3.2 风力发电机增速齿轮箱常见故障13-14
• 1.4 国内外齿轮系统的动态特性研究状况14-15
• 1.5 论文的主要内容15-18
• 第2章 风电增速箱的设计18-28
• 2.1 风力发电机组的构造18-20
• 2.1.1 齿轮箱的布置19
• 2.1.2 支撑形式19-20
• 2.2 风电齿轮箱工作状况20
• 2.3 齿轮箱常见故障20-21
• 2.4 风电增速箱轮系的结构设计21-26
• 2.4.1 常用的传动形式及其特点21-23
• 2.4.2 增速箱的传动方案的确定23-26
• 2.5 小结26-28
• 第3章 齿轮系统动力学建模28-44
• 3.1 齿轮系统动力学基本理论28
• 3.2 齿轮系统动力学的分析理论体系28-29
• 3.2.1 分析理论的发展28-29
• 3.2.2 分析系统29
• 3.2.3 分析方法29
• 3.3 齿轮系统的分析模型29-31
• 3.3.1 建模方法29-30
• 3.3.2 模型类型30-31
• 3.4 风电齿轮传动系统的非线性动力学建模31-43
• 3.4.1 直齿圆柱齿轮副扭转振动分析模型31-33
• 3.4.2 齿轮一转子系统扭转振动分析模型33-35
• 3.4.3 斜齿轮传动系统的动力学模型35-36
• 3.4.4 系统的动力学微分方程的建模36-43
• 3.5 小结43-44
• 第4章 齿轮系统动力学特性分析44-70
• 4.1 齿轮系统的固有特性44
• 4.2 系统固有频率的分析方法44-47
• 4.2.1 固有频率与主振型44-45
• 4.2.2 Matlab的简介及应用45-46
• 4.2.3 Matlab求解系统固有频率46-47
• 4.3 系统的固有特性分析47-68
• 4.3.1 齿轮齿数对系统固有频率的影响48-55
• 4.3.2 齿轮宽度对系统固有频率的影响55-58
• 4.3.3 齿轮压力角对系统固有频率的影响58-59
• 4.3.4 齿轮螺旋角对系统固有频率的影响59-62
• 4.3.5 轴承跨距对系统固有频率的影响62-63
• 4.3.6 轴承支撑刚度对系统固有频率的影响63-64
• 4.3.7 啮合刚度对系统固有频率的影响64-68
• 4.4 小结68-70
• 第5章 系统动力学特性分析的软件开发70-76
• 5.1 图形用户界面(GUI)设计的介绍70-71
• 5.2 动力学特性分析的软件开发71-74
• 5.2.1 软件开发过程71-73
• 5.2.2 软件的使用说明73-74
• 5.3 小结74-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 本文的主要工作及结论76
• 6.2 今后工作的展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82

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