【摘要】：齒輪傳動系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機的核心部件之一,在非線性因素的影響下,該系統(tǒng)的一些動力學(xué)行為需要進一步全面地研究,對實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制、優(yōu)化設(shè)計和深入理解系統(tǒng)的故障機理等具有深遠意義。本文以風(fēng)力發(fā)電機多級齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,對該系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性進行了研究,主要內(nèi)容包括系統(tǒng)的非線性動力學(xué)建模、內(nèi)外激勵參數(shù)變化下系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性、分岔特性分析以及嚙合狀態(tài)分析等。論文主要內(nèi)容包括:1.圍繞風(fēng)力發(fā)電機多級齒輪傳動系統(tǒng),建立了其純扭轉(zhuǎn)的非線性動力學(xué)模型,模型中考慮了時變嚙合剛度、綜合嚙合誤差及齒側(cè)間隙等非線性因素,以用于研究系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性和分岔特性等。2.基于非線性動力學(xué)理論和非線性分析方法如全局分岔圖、最大Lyapunov指數(shù)圖、相圖、Poincaré截面圖、時間歷程圖以及FFT頻譜圖分析了系統(tǒng)隨激勵頻率、綜合嚙合誤差、嚙合阻尼以及齒側(cè)間隙變化下的全局分岔特性,研究發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)在低激勵頻率范圍內(nèi)以伴隨著陣發(fā)性混沌運動的周期運動為主,且混沌吸引子較小,在高激勵頻率范圍內(nèi)系統(tǒng)出現(xiàn)復(fù)雜豐富的分岔特性,如倍周期分岔、倒分岔、以及擬周期運動、多周期運動的出現(xiàn),系統(tǒng)對激勵頻率的變化敏感;在一定區(qū)域變化的綜合嚙合誤差能夠令系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài);提高系統(tǒng)嚙合阻尼能夠抑制混沌運動的出現(xiàn),并可進一步使混沌吸引子向周期吸引子轉(zhuǎn)化;齒側(cè)間隙作為系統(tǒng)的強非線性因素,其變化作用于不同級齒輪副會給系統(tǒng)帶來不同的影響,其中行星齒輪傳動系統(tǒng)中內(nèi)嚙合副的齒側(cè)間隙變化影響比外嚙合副的大,中間級和高速級齒輪傳動系統(tǒng)齒側(cè)間隙的變化總體來講均令系統(tǒng)出現(xiàn)由混沌向周期運動的趨勢。3.引入太陽輪支承剛度的影響,進一步考慮太陽輪的x、y徑向位移以建立系統(tǒng)的平移-扭轉(zhuǎn)動力學(xué)模型,分析討論了系統(tǒng)隨支承剛度變化下的非線性動力學(xué)特性及嚙合狀態(tài),在不同支承剛度下,利用全局分岔圖等分析了系統(tǒng)隨激勵頻率變化下和系統(tǒng)隨支承剛度變化下的分岔特性,采用太陽輪的x、y徑向位移、最大/最小動態(tài)嚙合力以及RMS,全面、深入地分析系統(tǒng)的嚙合狀態(tài),得到了系統(tǒng)單邊沖擊和雙邊沖擊的運動范圍以及非線性特性的對應(yīng)關(guān)系,比較討論不同支承剛度下系統(tǒng)的嚙合狀態(tài),研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)提升支承剛度能夠延遲系統(tǒng)進入混沌運動,并具有抑制振動、減小動態(tài)嚙合力等的作用。研究內(nèi)容以及成果將對風(fēng)力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計、制造以及可靠性的提高提供理論參考。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 選題背景與意義近年來，能源產(chǎn)業(yè)逐漸步入了清潔能源利用的時代，如核能、太陽能和風(fēng)能等。其中風(fēng)能已經(jīng)成為全球清潔能源利用最廣泛，最便捷的能源之一。在全球各國整體的能源戰(zhàn)略中占有重要地位。據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會（World Wind Energy Association）和中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會（Chinese Wind EnergyAssociation）相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計[1-2]可知，截止到 2016 年底，全球裝機容量已經(jīng)達到了 4.86 億千瓦，，如圖 1-1所示，結(jié)合歷年的增長率，預(yù)估全球裝機容量在 2017 年可達到 5.4 億千瓦。圖 1-2所示為 2006 年~2016 年中國（除臺灣地區(qū)）新增/累計裝機容量統(tǒng)計圖，由圖可知 2016年全國累計裝機容量達到 1.687 億千瓦，雖然 2016 年新增裝機容量有所前年回落，但累計裝機容量仍每年遞增。

華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文主要部件的替換。圖 1-4 為風(fēng)力發(fā)電機各部件故障率統(tǒng)計圖，分析此圖可知機故障率高的前五名依次為變槳/液壓系統(tǒng)、其他部件如艙門，梯子等、發(fā)箱以及葉片。齒輪箱作為一體化結(jié)構(gòu)最高的部件，一旦出現(xiàn)故障很難通過理，也致使其成為了替換次數(shù)最高的部件，從另一個角度來講齒輪箱也成機組停機時間最多的部件之一。圖 1-5 所示為風(fēng)力發(fā)電機維修成本統(tǒng)計圖箱系統(tǒng)的故障維修替換成本最高，占 230,000 歐元左右。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM315;TH132.41

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魏莎;韓勤鍇;褚福磊;;含區(qū)間參數(shù)的齒輪系統(tǒng)扭振固有特性研究[J];振動與沖擊;2015年10期

2 秦大同;白溫毓;張福平;;制動工況下風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)特性分析[J];太陽能學(xué)報;2015年02期

3 王靖岳;王浩天;郭立新;;隨機外干擾下齒輪傳動系統(tǒng)的混沌振動分析[J];振動.測試與診斷;2014年06期

4 李朝峰;周世華;劉文明;任朝暉;聞邦椿;;齒輪-轉(zhuǎn)子-滾動軸承傳動系統(tǒng)的彎扭耦合振動[J];航空動力學(xué)報;2014年07期

5 邱星輝;韓勤鍇;褚福磊;;風(fēng)力機行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)研究綜述[J];機械工程學(xué)報;2014年11期

6 林騰蛟;王丹華;冉雄濤;趙俊渝;;多級齒輪傳動系統(tǒng)耦合非線性振動特性分析[J];振動與沖擊;2013年17期

7 王均剛;王勇;霍志璞;;風(fēng)電齒輪箱多級行星齒輪耦合傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模及振型[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2013年03期

8 趙臘月;周廣明;楊陽;馬立剛;;齒輪傳動系統(tǒng)固有特性和動態(tài)響應(yīng)分析[J];車輛與動力技術(shù);2013年03期

9 秦大同;楊軍;周志剛;陳會濤;;變載荷激勵下風(fēng)電行星齒輪系統(tǒng)動力學(xué)特性[J];中國機械工程;2013年03期

10 魏靜;孫清超;孫偉;趙飛;李永紅;郭愛貴;;大型風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)耦合動態(tài)特性研究[J];振動與沖擊;2012年08期

相關(guān)會議論文 前1條

1 李貴彥;李以農(nóng);;支承剛度和嚙合間隙變化時弧齒錐齒輪傳動系統(tǒng)的分岔與混沌行為[A];第十二屆全國非線性振動暨第九屆全國非線性動力學(xué)和運動穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 魏莎;含區(qū)間不確定性參數(shù)的風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)特性研究[D];清華大學(xué);2015年

2 王成;漸開線直齒輪傳動系統(tǒng)非線性動力學(xué)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 李晟;雙輪銑槽機銑輪系統(tǒng)動力學(xué)特性研究[D];武漢大學(xué);2014年

4 李同杰;行星齒輪傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性與分岔特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 賈軼;齒輪系統(tǒng)的非線性動力學(xué)建模與分析[D];華北電力大學(xué);2016年

2 陶朝林;齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性及參數(shù)合理匹配研究[D];蘭州交通大學(xué);2015年

3 李亞鵬;齒輪時變嚙合剛度改進算法及剛度激勵研究[D];大連理工大學(xué);2009年

4 陳思雨;一種新的齒輪非線性振動數(shù)學(xué)模型建模與分析求解研究[D];中南大學(xué);2007年

5 劉夢軍;單對齒輪系統(tǒng)間隙非線性動力學(xué)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號：2700812