【摘要】：隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展,維護(hù)和宕機(jī)成本的提高,對于齒輪傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動精度、穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命的要求越來越高。機(jī)構(gòu)的動力學(xué)參數(shù)對傳動系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性的影響成為目前的研究熱點(diǎn)。風(fēng)電齒輪箱傳動系統(tǒng)中輸出高速軸的綜合性能也影響系統(tǒng)傳動精度和可靠性。對于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱而言,在隨機(jī)風(fēng)速的高空環(huán)境中,傳動系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)和輸出高速軸的綜合性能對傳動系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和精度的影響尤為重要。本文以一級行星兩級平行齒輪箱為基礎(chǔ),取兩級平行斜齒輪和輸出高速軸作為研究對象,研究動力學(xué)參數(shù)對傳動系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性的影響和輸出高速軸綜合性能的影響,為該型風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)、優(yōu)化等提供理論參考。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:首先,對傳動系統(tǒng)各種激勵產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行闡述,改進(jìn)直齒輪嚙合時(shí)變剛度計(jì)算公式,建立計(jì)算斜齒輪平均嚙合剛度的公式,求取兩對斜齒輪的平均嚙合剛度,然后對時(shí)變嚙合剛度進(jìn)行Fourier計(jì)數(shù)數(shù)值模擬。誤差和阻尼進(jìn)行簡單分析和數(shù)值模擬的近似處理。其次,建立含有齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度、阻尼、誤差的兩級斜齒輪純扭轉(zhuǎn)非線性動力學(xué)模型,并依據(jù)模型運(yùn)用Newton定律,建立動力學(xué)微分方程,采用Newmark數(shù)值法求解,獲得系統(tǒng)的非線性動態(tài)響應(yīng)結(jié)果。綜合運(yùn)用嚙合力、位移時(shí)間歷程圖,相圖和FFT圖,分析齒側(cè)間隙、阻尼和誤差對該系統(tǒng)非線性動態(tài)特性的影響,獲得動力學(xué)參數(shù)對齒輪受力、運(yùn)動狀態(tài)的影響規(guī)律。第三,對速度、間隙和間隙變化方式對兩斜齒輪接觸力影響進(jìn)行了探討。取低速、中速、高速三個(gè)速度分析對兩齒輪從啟動階段到穩(wěn)定階段時(shí)的接觸力變化規(guī)律。傳動系統(tǒng)中存在單對齒輪間隙變化和兩對齒輪間隙同時(shí)變化方式,針對間隙變化方式和間隙對傳動系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)分析,獲得間隙變化對齒輪接觸力的影響規(guī)律、不同間隙變化方式對齒輪接觸力的影響規(guī)律及不同間隙變化方式隨間隙變化對齒輪接觸力的影響規(guī)律。不同間隙的兩對齒輪用Ansys做靜力分析,結(jié)合仿真結(jié)果確定齒輪合理的嚙合間隙范圍,為齒輪箱設(shè)計(jì)加工提供參考。最后,在傳動系統(tǒng)輸出高速軸綜合性能的分析中,研究軸承支撐剛度變化對軸頻率和模態(tài)的影響規(guī)律以及速度對軸節(jié)點(diǎn)渦動影響規(guī)律,結(jié)合Ansys中對高速軸的模態(tài)分析,合理的選擇支撐剛度范圍、轉(zhuǎn)速范圍和容易發(fā)生變形的位置。根據(jù)結(jié)果給軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【圖文】：

風(fēng)力發(fā)電廠一般都建立在風(fēng)力資源較豐富、人煙稀少的廣袤地帶，由于天氣惡劣的原因?qū)е嘛L(fēng)速隨機(jī)變化，為了準(zhǔn)確研究風(fēng)力發(fā)電傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性，就必須保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸入載荷的準(zhǔn)確性，所以計(jì)算隨機(jī)風(fēng)速下的輸出功率。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的輸入功率是動態(tài)激勵，傳動系統(tǒng)在動態(tài)激勵的作用下產(chǎn)生動態(tài)響應(yīng)。特別對風(fēng)電機(jī)組多級齒輪傳動系統(tǒng)來說，動態(tài)激勵的影響更加明顯，為了研究風(fēng)電機(jī)組齒輪箱傳動系統(tǒng)動力學(xué)特性，熟悉動態(tài)激勵的類型和產(chǎn)生機(jī)理是首要問題。齒輪嚙合過程中產(chǎn)生的內(nèi)、外部激勵都是動態(tài)激勵。內(nèi)部激勵主要是由誤差，齒側(cè)間隙等因素引起，分為剛度激勵、誤差激勵等，它是齒輪嚙合的主要動態(tài)激勵。外部激勵是由于輸入轉(zhuǎn)速變化和系統(tǒng)中的零部件不穩(wěn)定等原因產(chǎn)生。由于齒輪嚙合存在各種激勵，產(chǎn)生的激勵頻率有可能會引起個(gè)別部件的共振。為了避免這種情況，讓系統(tǒng)穩(wěn)定工作，研究動態(tài)激勵、阻尼的特性和作用是必要的。本文以某 2MW 風(fēng)電機(jī)組一級行星兩級平行軸的齒輪箱為基礎(chǔ)，選取兩級平行斜齒輪為研究對象，圖 2.1a)為該型風(fēng)電齒輪箱的三維模型，b)為兩級平行斜齒輪的三維模型。

圖 2.2 兩對斜齒輪的時(shí)變嚙合剛度通過式(2.11)，利用Matlab軟件繪制兩對斜齒輪的時(shí)變嚙合剛度變化圖，如上圖2.2所示。2.3.2 誤差激勵由于齒輪的受力變形，使齒輪的傳動比出現(xiàn)小幅度的變化，傳動角度也出現(xiàn)偏差。這種偏差就是誤差，在齒輪工作過程中產(chǎn)生的激勵就是誤差激勵。誤差激勵不但影響齒輪傳動的穩(wěn)定而且會引起齒輪振動和噪聲的出現(xiàn)。因此，研究誤差激勵是分析齒輪動力學(xué)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41

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