【摘要】：隨著能源短缺和生態(tài)環(huán)境的日益惡化,人們普遍認(rèn)識到了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要性。行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊,體積小、傳動(dòng)效率高和傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備中。風(fēng)電行星齒輪被用于增速傳動(dòng),其承受的載荷非常復(fù)雜,是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障率最高的部件之一。在運(yùn)行的可靠性等方面,國產(chǎn)的風(fēng)電行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)與國外一流產(chǎn)品相比還有較大的差距,為了降低其故障率,提高其工作壽命和可靠性,有必要對行星齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行深入研究。本文提出了載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),采用理論分析方法,有限元方法和實(shí)驗(yàn)方法對行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了研究。論文的主要的研究內(nèi)容包括： 提出一種風(fēng)電增速箱用載荷分流式兩級行星輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu),并對該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行研究。該新型機(jī)構(gòu)是由簡單行星輪系和差動(dòng)行星輪系組成,第一級行星輪系的行星架和太陽輪分別與第二級行星輪系的內(nèi)齒圈和行星架相連接,兩級行星輪系可以同時(shí)承擔(dān)葉片的扭矩,該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)載荷分流。應(yīng)用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法推導(dǎo)了該新型增速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和總傳動(dòng)比方程。對比分析各級行星輪系的行星排特性參數(shù)對行星輪系的構(gòu)件轉(zhuǎn)速的影響。研究表明傳動(dòng)比隨著兩級行星排特性參數(shù)的增加而增大；增大行星排特性參數(shù)能減小第一級行星輪系和第二級行星輪系的行星齒輪的轉(zhuǎn)速,同時(shí)能增大第一級行星輪系和第二級行星輪系太陽輪的轉(zhuǎn)速,有利于更好的實(shí)現(xiàn)增速的要求。 對載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級行星輪系的行星齒輪副瞬態(tài)嚙合過程進(jìn)行有限元研究。利用三維建模軟件Proe的參數(shù)化功能,并依托其裝配模塊進(jìn)行組裝,建立了的載荷分流式兩級行星輪系與一級平行軸增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的三維簡圖。在此基礎(chǔ)上,以載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一級行星輪系的行星齒輪副為研究對象,建立其有限元模型,為了確保接觸分析收斂,將整個(gè)模擬過程拆分為多個(gè)分析步來進(jìn)行,對其初始條件和邊界條件進(jìn)行了分析,并對有限元模型進(jìn)行了校核,分析行星齒輪副接觸面和非接觸面的等效應(yīng)力的規(guī)律。 研究溫差對載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第一級行星輪系的行星齒輪副動(dòng)態(tài)特性的影響。建立齒輪的有限元模型,然后將有限元模型分割成兩個(gè)不同的區(qū)域；利用有限元軟件溫度場預(yù)定義功能對分割的區(qū)域設(shè)置不同的溫度,實(shí)現(xiàn)了溫差的近似模擬；進(jìn)而分析了溫差與齒輪齒廓的齒頂,節(jié)圓和齒根節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的關(guān)系；應(yīng)用所提出的溫差模擬方法對行星輪系的瞬態(tài)接觸特性進(jìn)行研究。 建立載荷分流式兩級行星輪系和一級平行軸齒輪的增速傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)該傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程。利用該行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的有關(guān)物理參數(shù)求解該系統(tǒng)的特征方程,研究載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。根據(jù)振型的特點(diǎn)歸納總結(jié)出了該傳動(dòng)系統(tǒng)八種典型振動(dòng)模式,并分析了各振動(dòng)模式的規(guī)律特點(diǎn)。 研究級間耦合剛度對載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的固有特性的影響。研究表明級間耦合振動(dòng)模式所對應(yīng)的固有頻率隨著級間耦合剛度增加而增大,但載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)模式的類型并不發(fā)生改變。采用數(shù)值積分的方法求解了載荷分流式增速行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,獲得該傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),推導(dǎo)該傳動(dòng)系統(tǒng)的均載系數(shù)表達(dá)式,分析該傳動(dòng)系統(tǒng)的均載特性。 建立行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)臺,該模擬實(shí)驗(yàn)臺能夠檢測傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速和加載。根據(jù)模態(tài)分析技術(shù)對行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。模態(tài)實(shí)驗(yàn)研究表明,理論分析的嚙合頻率與模態(tài)實(shí)驗(yàn)獲得的行星傳動(dòng)系統(tǒng)的低階固有頻率具有明顯的差異,故不會發(fā)生傳動(dòng)系統(tǒng)的嚙合共振現(xiàn)象。采用理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號的頻域特性進(jìn)行分析。研究表明行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信號的頻率成分非常豐富,峰值信號對應(yīng)的頻率與行星輪系的嚙合頻率、各構(gòu)件的特征頻率和行星架的旋轉(zhuǎn)頻率有關(guān)。 本課題得到國家自然科學(xué)基金(51175299)、山東省自然科學(xué)基金(ZR2010EM012)和山東大學(xué)研究生自主創(chuàng)新基金(yzc10117)的支持。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH132.425

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2526359