本文關(guān)鍵詞：齒輪故障狀態(tài)下MW級風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)動態(tài)特性及關(guān)鍵部件有限元分析

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【摘要】：日益嚴(yán)重的環(huán)境污染與不可再生能源的不斷匱乏,使得風(fēng)能以嶄新的角色登上可利用新能源的榜單。同時,由于其資源儲量大、安全可靠以及清潔可再生等諸多優(yōu)點,使其成為新增電力供給的中堅力量。但因其所處工作環(huán)境的特殊性,一旦發(fā)生故障維修困難且花費巨大,因而對其各個部件的使用壽命及可靠性提出了很高的要求。齒輪傳動系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件,其工作性能的優(yōu)劣直接影響整機(jī)運行的安全可靠性。因此,對其做動態(tài)特性研究就顯得十分必要。本文以1.5MW風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,通過建立隨機(jī)風(fēng)速模型、傳動系統(tǒng)動力學(xué)方程組以及多種齒輪故障狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型,對整個傳動系統(tǒng)在不同齒輪故障狀態(tài)下的動力學(xué)特性來分析研究,并找出其影響特征和規(guī)律,為風(fēng)電機(jī)組故障發(fā)現(xiàn)與預(yù)警提供一定的理論依據(jù)。最后對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件行星輪系進(jìn)行了有限元分析。具體研究內(nèi)容和研究結(jié)論包括:(1)基于風(fēng)資源的特性,利用諧波疊加法建立了隨機(jī)風(fēng)速模型。并以該隨機(jī)風(fēng)速為基礎(chǔ),獲得了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩時程圖,為風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)分析提供了外部激勵這一條件。(2)利用集中質(zhì)量法,在考慮了齒輪時變嚙合剛度、軸承支承剛度等因素的影響,建立起風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程。此模型充分考慮了各部件的受力情況,更準(zhǔn)確地描述了系統(tǒng)的實際工況,為后面系統(tǒng)在齒輪故障狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)分析提供了基礎(chǔ)。(3)根據(jù)不同齒輪故障的特點,建立了風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)齒輪在不同故障下的時變嚙合剛度模型;并得到齒輪傳動系統(tǒng)在不同齒輪故障下的動力學(xué)特性響應(yīng),研究分析了其對齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明:不同形式的齒輪故障會對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)幅值產(chǎn)生不同程度的波動,齒根裂紋故障所產(chǎn)生的幅值波動較為明顯,且其嚙合力幅值波動呈現(xiàn)出不對稱現(xiàn)象。(4)對齒輪傳動系統(tǒng)關(guān)鍵部件行星輪系進(jìn)行了有限元分析。首先,對其進(jìn)行了模態(tài)分析,并得到固有頻率和振型,為避免產(chǎn)生有害振動提供了參考;其次,仿真分析了其在隨機(jī)風(fēng)載下的瞬態(tài)動力學(xué),得出其最大的應(yīng)力、應(yīng)變云圖及相應(yīng)的時程圖。結(jié)果表明,行星輪系應(yīng)力與應(yīng)變的變化趨勢與外激勵保持一致,為研究其應(yīng)力與應(yīng)變的變化提供了一定的參考。
【關(guān)鍵詞】：隨機(jī)風(fēng)速 齒輪傳動系統(tǒng) 故障齒輪 動力學(xué)響應(yīng) 有限元分析
【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】：2016
【分類號】：TM315;TH132.41
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-19
• 1.1 課題背景和意義14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-18
• 1.2.1 在齒輪接觸分析研究方面14-15
• 1.2.2 在齒輪系統(tǒng)動力學(xué)研究方面15-16
• 1.2.3 在故障齒輪系統(tǒng)動力學(xué)研究方面16-17
• 1.2.4 在風(fēng)電齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)研究方面17-18
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 齒輪動力學(xué)基礎(chǔ)及齒輪故障類型介紹19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 齒輪系統(tǒng)振動分析模型19-22
• 2.2.1 扭轉(zhuǎn)型分析模型19-20
• 2.2.2 齒輪系統(tǒng)嚙合耦合型振動分析模型20-22
• 2.2.3 齒輪系統(tǒng)動力學(xué)模型的求解方法22
• 2.3 齒輪故障類型及其成因22-26
• 2.3.1 輪齒折斷23
• 2.3.2 齒面磨損23-24
• 2.3.3 齒面膠合24
• 2.3.4 齒面點蝕與剝落24-25
• 2.3.5 齒面塑形變形25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 隨機(jī)風(fēng)速模型與傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 風(fēng)速27-29
• 3.2.1 風(fēng)速隨時間的變化27-28
• 3.2.2 平均風(fēng)速28
• 3.2.3 脈動風(fēng)功率譜密度28
• 3.2.4 相干函數(shù)28-29
• 3.3 諧波疊加法29-30
• 3.4 隨機(jī)風(fēng)速模擬計算的結(jié)果30
• 3.5 模擬風(fēng)速下的輸入轉(zhuǎn)矩30-31
• 3.6 風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及假設(shè)31-32
• 3.7 坐標(biāo)系的選取32-33
• 3.7.1 系統(tǒng)坐標(biāo)系32
• 3.7.2 坐標(biāo)變換32-33
• 3.8 齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)建模33-38
• 3.8.1 行星架動力學(xué)建模33-34
• 3.8.2 太陽輪動力學(xué)建模34-35
• 3.8.3 行星輪動力學(xué)建模35-36
• 3.8.4 平行軸齒輪副動力學(xué)建模36-38
• 3.8.5 傳動系統(tǒng)總動力學(xué)方程38
• 3.9 本章小結(jié)38-39
• 第4章 齒輪傳動系統(tǒng)在齒輪故障狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)39-59
• 4.1 引言39
• 4.2 齒輪傳動系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置39-40
• 4.3 齒輪傳動系統(tǒng)激勵分析40-50
• 4.3.1 時變嚙合剛度產(chǎn)生原理及規(guī)律40
• 4.3.2 無故障齒輪嚙合剛度的數(shù)學(xué)模型40-42
• 4.3.3 齒根裂紋故障齒輪嚙合剛度的數(shù)學(xué)模型42-44
• 4.3.4 齒面點蝕、剝落故障齒輪嚙合剛度的數(shù)學(xué)模型44-46
• 4.3.5 齒面磨損故障齒輪嚙合剛度的數(shù)學(xué)模型46-49
• 4.3.6 各故障狀態(tài)下太陽輪嚙合剛度的對比分析49-50
• 4.4 故障齒輪傳動系統(tǒng)在隨機(jī)風(fēng)速下的動態(tài)響應(yīng)50-58
• 4.4.1 正常狀態(tài)下的動力學(xué)響應(yīng)51-52
• 4.4.2 齒根裂紋故障狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)52-54
• 4.4.3 齒面點蝕、剝落故障下的動態(tài)響應(yīng)54-56
• 4.4.4 齒面磨損故障下的動態(tài)響應(yīng)56-58
• 4.4.5 分析與討論58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 行星輪系模態(tài)及瞬態(tài)動力學(xué)分析59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 有限元法基礎(chǔ)理論59-62
• 5.2.1 有限元基本思想59
• 5.2.2 有限元法分析步驟59-62
• 5.3 模態(tài)分析基礎(chǔ)62-63
• 5.3.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)62
• 5.3.2 模態(tài)分析步驟62-63
• 5.4 行星輪系的模態(tài)分析63-65
• 5.4.1 模型的建立63
• 5.4.2 網(wǎng)格劃分及約束添加63-64
• 5.4.3 結(jié)果及分析64-65
• 5.5 行星輪系瞬態(tài)動力學(xué)分析65-67
• 5.5.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析步驟及載荷約束設(shè)置65
• 5.5.2 結(jié)果及分析65-67
• 5.6 本章小結(jié)67-68
• 總結(jié)與展望68-70
• 總結(jié)68-69
• 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的科研成果目錄75-76
• 附錄B 參加科研項目情況76

【參考文獻(xiàn)】

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