【摘要】： 隨著能源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻,風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備,由于其特殊的變載荷使用工況和高空架設(shè)等使用環(huán)境,要求具有長壽命(15～20年),高可靠性,重量輕,易維護(hù)及經(jīng)濟(jì)性,然而,國產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)卻不能滿足這些條件。因此,研究變載荷條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)成為解決當(dāng)今國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備設(shè)計(jì)制造問題的迫切任務(wù)之一。 論文課題受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家支撐計(jì)劃項(xiàng)目資助,以1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對象,在風(fēng)電場風(fēng)速變化引起的變載荷使用工況下,對系統(tǒng)的可靠性評(píng)估和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究,為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造提供科學(xué)合理的方法和理論基礎(chǔ)。 具體的研究工作如下: ①建立系統(tǒng)的彈性動(dòng)力學(xué)模型,計(jì)入系統(tǒng)每個(gè)構(gòu)件的平移自由度和扭轉(zhuǎn)自由度,針對風(fēng)力發(fā)電的特性,詳細(xì)分析由風(fēng)速變化引起的外部激勵(lì)因素,同時(shí)還考慮剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)以及阻尼對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響。 ②采用模態(tài)疊加法求解系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程,給出在風(fēng)載變化條件下,齒輪使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)和滾動(dòng)軸承載荷系數(shù)的表達(dá)式,為載荷系數(shù)的取值提供科學(xué)合理的方法。 ③對系統(tǒng)進(jìn)行失效模式及影響分析(FMEA),在考慮風(fēng)載變化條件下,建立系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型,相對于現(xiàn)有的可靠性評(píng)估模型,該方法更加準(zhǔn)確合理。 ④以體積(重量)最小為目標(biāo)函數(shù),以可靠性和等強(qiáng)度為約束條件,建立變工況下系統(tǒng)基于動(dòng)力學(xué)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,并利用matlab的優(yōu)化工具箱對其進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)能明顯地降低系統(tǒng)的體積(重量)。 ⑤給出系統(tǒng)詳細(xì)的實(shí)例設(shè)計(jì)過程,并與常規(guī)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較,結(jié)果證明本論文的可靠性評(píng)估方法比常規(guī)可靠性評(píng)估方法更加準(zhǔn)確,優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)能有效地提高系統(tǒng)的可靠度,明顯降低系統(tǒng)的重量和體積。表明本論文的研究成果為國產(chǎn)化風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)制造提供了一條有效的途徑。
【圖文】：

圖 2.3 行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的物理模型和坐標(biāo)系.3 Physics model and coordinate system of the planet gear transmission systempic,θ——分別為太陽輪、內(nèi)齒輪和行星輪相對行星架的回轉(zhuǎn)角位移；行星架的回轉(zhuǎn)角位移；—太陽輪與第 i 個(gè)行星輪之間的時(shí)變嚙合剛度；—內(nèi)齒輪與第 i 個(gè)行星輪之間的時(shí)變嚙合剛度；—太陽輪與第 i 個(gè)行星輪之間的粘性阻尼；—內(nèi)齒輪與第 i 個(gè)行星輪之間的粘性阻尼；—內(nèi)齒輪與第 i 個(gè)行星輪之間的綜合嚙合誤差；—太陽輪與第 i 個(gè)行星輪之間的綜合嚙合誤差；y——行星架徑向剛度；y——行星架徑向阻尼；——太陽輪徑向剛度；

1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的兩級(jí)斜齒輪傳動(dòng)采用定軸齒輪傳動(dòng)，為了考慮影響滾動(dòng)軸承載荷系數(shù)、齒輪使用系數(shù)和動(dòng)載系數(shù)的因素，模型考慮斜傳動(dòng)的扭轉(zhuǎn)變形、徑向變形和軸向變形。這樣包括斜齒輪4、斜齒輪5、斜齒和斜齒輪7共16個(gè)自由度。坐標(biāo)系和方向的定義由于兩級(jí)斜齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)屬于定軸輪系，所以采用絕對坐標(biāo)。斜齒輪 4、斜齒輪齒輪 6 和斜齒輪 7 的旋轉(zhuǎn)角位移為( )θh4,56,7h意義下同h= ,,，軸向位移為 zh，位移為 x,yhh，在定義角位移時(shí)，以輸入轉(zhuǎn)矩作用下各個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)方向自的正方向，各個(gè)嚙合作用線上的相對位移的方向則規(guī)定齒面受壓時(shí)為正方徑向和軸向位移以坐標(biāo)系的正方向?yàn)檎较颌佗冖�。斜齒輪副物理模型圖基于以上分析，，在考慮阻尼、綜合誤差和各種激勵(lì)的情況下，利用集中質(zhì)量法建立如圖 2.4、2.5 所示的物理模型及坐標(biāo)圖④。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH132.41

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本文編號(hào)：2657963