风电增速行星齿轮传动系统的振动分析

【摘要】： 本文首先建立了增速箱行星传动系统的平移—扭转耦合的动力学模型,利用该模型计算了具有回转对称结构行星轮系的固有频率和固有模态,考虑了时变啮合刚度对系统振型和支撑刚度对系统固有频率的影响。 运用振型叠加法,计算了增速箱行星轮系在简谐激励下系统各构件的位移,速度和加速度以及其随输入转速的的变化曲线。运用多尺度法分析了系统的时变啮合刚度,相位差,重合度等设计参数对增速箱行星轮系动力学稳定性的影响；结果表明：适当调整重合度和啮合相位,可以减小或消除一些特定的不稳定区域。同时考虑了齿间摩擦力的情况下,利用啮合冲击理论研究了轮齿变位系数对啮合振动的影响。 最后利用有限元法对增速箱行星轮系的主要构件进行了分析,得出：行星架的变形规律,应力集中部位及内齿圈,太阳轮的强度；本文的研究对兆瓦级风电增速箱的设计具有重要的理论指导作用。 【关键词】：风力发电 增速行星传动 振动 有限元法
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景和意义8-9
• 1.2 国内外风力发电的发展现状9-10
• 1.3 国内外风电增速箱的设计制造现状10-11
• 1.4 风电机组故障统计11-12
• 1.5 行星轮系动力学研究现状12-14
• 1.5.1 齿轮系统动态特性研究的内容12-13
• 1.5.2 研究模型13
• 1.5.3 求解方法13-14
• 1.6 研究对象,内容和方法14-16
• 2 风电增速行星轮系固有动力学特性研究16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 风电增速行星轮系三维模型的建立16-18
• 2.3 增速行星轮系的振动方程的建立18-23
• 2.3.1 固有频率和固有振型的求解19-21
• 2.3.2 增速行星轮系各构件的幅频特性曲线21-23
• 2.4 时变啮合刚度对增速行星轮系固有振型的影响23-26
• 2.4.1 时变啮合刚度的分析23-24
• 2.4.2 时变啮合刚度对增速行星轮系固有振型的影响24-26
• 2.5 增速行星轮支承刚度对固有频率的影响26-27
• 2.5.1 行星轮支承刚度对系统频率的影响26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 增速行星轮系振动方程求解与裂纹轮齿固有频率分析28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 增速行星轮系振动微分方程求解28-29
• 3.2.1 坐标耦合29
• 3.2.2 坐标变换29
• 3.2.3 主坐标下系统的激振力29
• 3.3 兆瓦级增速行星轮系各构件动力学响应的计算29-36
• 3.3.1 各构件的振动的位移响应曲线30-32
• 3.3.2 各构件的振动的速度响应曲线32-34
• 3.3.3 各构件的振动的加速度响应曲线34-36
• 3.4 带有裂纹轮齿固有频率分析36-38
• 3.4.1 裂纹轮齿有限元模型的建立36-37
• 3.4.2 裂纹深度和位置对轮齿固有频率影响37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 增速行星轮系设计参数对其动力学特性的影响39-49
• 4.1 引言39
• 4.2 增速行星轮系纯扭转时变啮合刚度模型的建立39-42
• 4.2.1 啮合相位的分析与计算41-42
• 4.3 算例分析及讨论42-44
• 4.3.1 增速行星轮系纯扭转行星轮振动模式图42-43
• 4.3.2 增速行星轮系动力学稳定性43-44
• 4.4 运用冲击理论考察齿轮的变位系数对其动力学特性的影响44-48
• 4.4.1 考虑齿间摩擦的轮齿的啮合冲量的计算44-47
• 4.4.2 齿轮变位系数对齿轮啮合振动的影响47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 风电增速行星轮系主要构件的有限元分析49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 增速行星轮系各个构件的运动与受力分析49-51
• 5.2.1 瞬心法计算行星轮系的传动比49-50
• 5.2.2 增速行星轮系结构简图与各个构件受力分析50-51
• 5.3 行星架的有限元分析51-55
• 5.3.1 行星架的受力分析51-52
• 5.3.2 单元的划分和约束的施加52-54
• 5.3.3 计算结果的分析54-55
• 5.4 太阳轮的有限元分析55-56
• 5.4.1 单元的选择和约束的施加56
• 5.4.2 计算结果的分析56
• 5.5 内齿圈的有限元分析56-57
• 5.5.1 单元的划分和约束的施加57
• 5.5.2 计算结果的分析57
• 5.6 齿轮的模态分析57-61
• 5.6.1 齿轮的模态分析57
• 5.6.2 齿轮的模态分析的有限元模型57-58
• 5.6.3 载荷施加58
• 5.6.4 模态分析结果58-61
• 5.6.5 结论分析61
• 5.7 风电增速行星轮系减振结构改进探讨61-62
• 5.7.1 行星轮结构改进探讨61-62
• 5.7.2 内齿圈结构改进探讨62
• 5.8 本章小节62-63
• 6 结论63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录Ⅰ69-70
• 附录Ⅱ70

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