本文關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪箱熱—結(jié)構(gòu)耦合及疲勞損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相比于傳統(tǒng)化石能源，風(fēng)能是一種清潔、可再生的新能源，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)能利用的主要方式之一。自1981年丹麥建成第一座風(fēng)電站以來(lái)，風(fēng)電技術(shù)不斷發(fā)展，使用成本不斷下降，在考慮環(huán)境成本的情況下風(fēng)電已經(jīng)可以媲美煤電。我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展前景較好，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，在國(guó)家一系列新能源政策的激勵(lì)下，2013年我國(guó)新增裝機(jī)容量與累積裝機(jī)容量均居世界第一。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有水平軸與垂直軸的兩種主要傳動(dòng)方式，因水平軸多級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較高、軸距較短的優(yōu)勢(shì)，為當(dāng)今國(guó)際上各大兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)廠家采用。一般風(fēng)機(jī)葉片受風(fēng)力推動(dòng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)（約13rpm），而在發(fā)電機(jī)部分需要主軸高速旋轉(zhuǎn)（約1200rpm），整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的總速比約100倍，這使得齒輪箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，故障較多，可靠性和壽命較低，不能滿足工程對(duì)風(fēng)電齒輪箱的壽命與可靠性要求，如國(guó)際上多數(shù)品牌風(fēng)機(jī)的齒輪箱發(fā)生故障率約為9.8%，但是齒輪箱故障造成的停機(jī)時(shí)間卻占約為19.4%，表明齒輪箱故障修復(fù)困難，造成停機(jī)損失較大。常見的風(fēng)電齒輪箱故障分析主要針對(duì)于傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，但實(shí)際上，由于兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱屬于重載傳動(dòng)，其輪齒在表面嚙合過(guò)程中因摩擦而存在發(fā)熱較大的現(xiàn)象，導(dǎo)致齒面的溫度升高及相應(yīng)的熱應(yīng)力。盡管齒輪箱都有潤(rùn)滑和溫控系統(tǒng)，但齒輪嚙合而產(chǎn)生的大量熱量并不能完全、及時(shí)排除，熱應(yīng)力也必然疊加在系統(tǒng)原有的結(jié)構(gòu)應(yīng)力上，齒輪熱-結(jié)構(gòu)應(yīng)力的耦合使齒輪受力的形式更為復(fù)雜，并會(huì)進(jìn)一步降低齒輪的可靠性和疲勞壽命。因此，如何綜合各種因素，研究風(fēng)電齒輪箱的可靠性與壽命問(wèn)題，對(duì)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電整機(jī)企業(yè)、齒輪箱制造企業(yè)等都具有重要意義。 本文針對(duì)風(fēng)電齒輪箱嚙合過(guò)程的熱-結(jié)構(gòu)耦合工況進(jìn)行分析，以某齒輪箱公司現(xiàn)有的2.5MW齒輪箱為研究對(duì)象，利用PROE軟件建立了齒輪箱的數(shù)值模型，對(duì)太陽(yáng)輪、行星輪齒頂進(jìn)行修形，，并將其裝配；利用PROE與有限元軟件的對(duì)接接口導(dǎo)入到有限元軟件并將模型微調(diào)，劃分網(wǎng)格，設(shè)置接觸施加載荷后再設(shè)置求解器，進(jìn)行ANSYS動(dòng)力學(xué)分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)分析；將得出的齒面動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力值用于齒輪箱傳動(dòng)齒輪疲勞損傷研究。本文分析結(jié)果表明：在正常載荷狀況下，純動(dòng)力學(xué)應(yīng)力結(jié)果較熱-結(jié)構(gòu)耦合分析應(yīng)力平均小65.4MPa，從而使得不考慮熱-結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)的疲勞壽命大于實(shí)際壽命，造成故障的多發(fā)；本文以熱-結(jié)構(gòu)耦合應(yīng)力分析結(jié)果為依據(jù)計(jì)算疲勞損傷度，對(duì)象齒輪箱可靠度為0.999時(shí)齒輪箱行星輪系損傷度小于1，滿足設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電齒輪箱 熱-結(jié)構(gòu)耦合 動(dòng)力學(xué) 疲勞損傷
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH132.41;TM315
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究意義及目的11-13
• 1.2 風(fēng)電齒輪箱研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 風(fēng)電齒輪箱國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 齒輪熱-結(jié)構(gòu)耦合研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 主要研究對(duì)象介紹以及研究?jī)?nèi)容15-17
• 1.3.1 目標(biāo)介紹15-17
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第二章 齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)理論18-28
• 2.1 齒輪接觸理論18-19
• 2.2 摩擦相關(guān)理論19-22
• 2.2.1 滑動(dòng)摩擦19-20
• 2.2.2 滾動(dòng)摩擦20-22
• 2.3 熱傳導(dǎo)理論22-25
• 2.3.1 熱傳遞基本方式23-24
• 2.3.2 熱分析邊界條件24-25
• 2.3.3 初始溫度25
• 2.4 有限元耦合分析25-26
• 2.5 疲勞壽命相關(guān)理論26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第三章 齒輪模型與載荷28-39
• 3.1 幾何模型28-31
• 3.1.1 第一級(jí)行星輪系模型28-29
• 3.1.2 第二級(jí)行星輪系模型29-31
• 3.1.3 第三級(jí)斜齒輪模型31
• 3.2 材料的物理性質(zhì)31-32
• 3.3 模型簡(jiǎn)單處理32
• 3.4 有限元模型32-35
• 3.4.1 第一級(jí)模型32-34
• 3.4.2 第二級(jí)模型34-35
• 3.5 邊界條件簡(jiǎn)介35
• 3.6 模型邊界條件35-38
• 3.7 溫度載荷38
• 3.8 本章小結(jié)38-39
• 第四章 齒輪溫度-應(yīng)力分析39-49
• 4.1 有限單元法簡(jiǎn)介39-40
• 4.2 有限元分析步驟40
• 4.3 求解設(shè)置40-41
• 4.4 動(dòng)力學(xué)分析41-44
• 4.5 齒面溫升分析44-47
• 4.6 綜合結(jié)果分析47-48
• 4.7 本章小結(jié)48-49
• 第五章 疲勞損傷分析49-58
• 5.1 疲勞分析基本方法49
• 5.2 疲勞累積損傷理論49-50
• 5.3 常見疲勞分析類別50-51
• 5.4 行星輪系壽命分析51-57
• 5.4.1 材料力學(xué)性能51-52
• 5.4.2 齒面應(yīng)力分析52-54
• 5.4.3 疲勞損傷分析54-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58
• 6.2 展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 致謝63-64
• 附錄64

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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  本文關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪箱熱—結(jié)構(gòu)耦合及疲勞損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：251925