1.5MW风电增速箱箱体结构及热分析

【摘要】： 风电增速箱是风电发电机组中的最重要的机械传动部件,其性能直接决定风电机组的效率和寿命,通常设计寿命要求达到20年以上。由于其工作环境恶劣,受到复杂变化的载荷极容易导致增速箱损坏。箱体作为增速箱的重要组成部分,其主要功能是支撑齿轮传动系统正常稳定运转,同时也具有吸振,阻止箱体内噪声向外辐射的作用,箱体也是薄弱环节之一。所以对箱体进行结构分析具有重要的意义。 本文首先利用SolidWorks对1.5兆瓦的增速箱箱体建立了三维模型,并装配。接着将其三维模型导入ABAQUS软件转换成有限元模型。然后计算箱体在工作中的静态载荷,并按余弦分布加载到有限元模型中,对箱体进行了静力分析,结果表明箱体设计趋于保守,为后续的结构改进设计提供了理论依据。 在箱体的固有动力学特性分析中,介绍了模态分析的原理与模态的提取方法,通过有限元分析,分别获得了箱体在自由模态和约束模态下的固有频率和振型,并对箱体的动态特性进行了分析评估。结果表明箱体在传动系齿轮啮合的激励下,会产生局部振动,确定了箱体的共振频率,为后续传动系的优化设计奠定了基础。 最后,分析计算了箱体在传动过程中的产热功率,并分析传动系部分参数对功率损失的影响。接着在功率损失的基础上建立了箱体的热平衡方程,在极低温-40℃和常温20℃下,对箱体进行了热-结构耦合有限元分析,得出了箱体在外部和内部不同对流换热系数下的热力学特性,确定了箱体在工作过程中应力集中位置,为箱体的后续结构优化提供了理论依据。 【关键词】：风力发电 增速箱 ABAQUS 模态分析 热力学分析
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 风力发电机组国内外发展概述8-10
• 1.3 齿轮箱的设计制造技术10-11
• 1.4 齿轮箱所存在的问题11-12
• 1.5 本课题的来源,意义及研究内容12-14
• 1.5.1 本课题的来源12
• 1.5.2 选题的意义12-13
• 1.5.3 本课题研究内容13-14
• 2 基于ABAQUS的箱体结构静力学分析14-25
• 2.1 有限元方法简介14-15
• 2.2 ABAQUS软件介绍15-16
• 2.2.1 软件简介15
• 2.2.2 ABAQUS的接口工具15-16
• 2.2.3 ABAQUS中单位的统一16
• 2.3 箱体的静力学分析16-24
• 2.3.1 实体模型建立16-17
• 2.3.2 箱体静态载荷计算17-19
• 2.3.3 箱体的静力有限元分析19-23
• 2.3.4 计算结果及分析23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 箱体动力学固有特性分析25-39
• 3.1 模态分析的发展及意义25-26
• 3.2 有限元分析在动力学中的应用以及理论基础26-28
• 3.3 振动方法分析28-29
• 3.4 增速箱箱体的模态分析29-38
• 3.4.1 结构模态分类29-30
• 3.4.2 箱体模态分析前处理30
• 3.4.3 箱体的自由模态分析30-34
• 3.4.4 箱体的约束模态分析34-37
• 3.4.5 结论37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 增速箱产热功率计算及其影响因素39-47
• 4.1 增速箱功率损失的分类39
• 4.2 增速箱的热源分析39
• 4.3 行星轮系的功率损失39-40
• 4.4 定轴轮系的功率损失40-46
• 4.4.1 齿轮啮合摩擦功率损失计算40-42
• 4.4.2 影响啮合效率因素的分析42-44
• 4.4.3 轴承摩擦功率损失计算44-45
• 4.4.4 影响轴承效率因素的分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 增速箱的热平衡及热应力分析47-66
• 5.1 传热的基本方式47-48
• 5.1.1 热传导47
• 5.1.2 热对流47
• 5.1.3 热辐射47-48
• 5.2 增速箱的散热分析48-50
• 5.2.1 箱体表面散热48-49
• 5.2.2 润滑油散热49-50
• 5.3 增速箱的热平衡温度计算50-53
• 5.4 传热分析有限元法的基本原理53-54
• 5.5 对于稳态传热的有限元法介绍54-55
• 5.6 热应力分析的基本原理55-57
• 5.7 箱体的稳态热力耦合分析57-65
• 5.7.1 环境温度为-40℃计算结果及分析58-63
• 5.7.2 环境温度为20℃计算结果及分析63-65
• 5.8 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-71
• 附录71

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