風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，常年經(jīng)受無(wú)規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，加之高空架設(shè)、維修困難等原因，對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械系統(tǒng)高得多的要求。作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)需要承受高度不穩(wěn)定的隨機(jī)動(dòng)載荷和比其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)高得多的疲勞循環(huán)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)失效率最高的部件之一。因此，研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為和可靠性對(duì)提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50975294）——“基于柔性多體動(dòng)力學(xué)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性研究”的研究任務(wù)，依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際工況，針對(duì)其齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和可靠性等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： ①風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性分析。 基于齒輪動(dòng)力學(xué)理論和Lagrange方程，運(yùn)用集中參數(shù)法建立了某1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型。將風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的彈性模量、質(zhì)量密度、工作齒寬和分度圓直徑視為隨機(jī)變量，根據(jù)隨機(jī)攝動(dòng)理論推導(dǎo)了系統(tǒng)特征值統(tǒng)計(jì)特征的表達(dá)式。應(yīng)用隨機(jī)攝動(dòng)法研究了齒輪物理參數(shù)和幾何參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)固有頻率的統(tǒng)計(jì)特征，定量分析了各參數(shù)隨機(jī)變異對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響。 ②風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析。 考慮齒輪時(shí)變嚙合剛度、綜合傳遞誤差和阻尼等因素，建立了考慮制造誤差的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型�；陔S機(jī)波動(dòng)(SV)模型來(lái)獲取風(fēng)場(chǎng)的隨機(jī)風(fēng)速序列，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論得到了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的外部激勵(lì)。系統(tǒng)地分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)特征，對(duì)剛度激勵(lì)和傳遞誤差進(jìn)行了分析和模擬。提出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)外部載荷和參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的求解方法。通過(guò)數(shù)值仿真得到了載荷和參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)各響應(yīng)量和齒輪副間動(dòng)態(tài)嚙合力的統(tǒng)計(jì)特征，并分析了載荷和參數(shù)隨機(jī)變異對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。 ③載荷和參數(shù)隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力可靠性的影響分析。 依據(jù)雨流計(jì)數(shù)原則，對(duì)各齒輪副的動(dòng)態(tài)嚙合力進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)，得到變幅疲勞載荷的頻次數(shù)。采用Geber二次曲線等效方法計(jì)算得到了隨機(jī)風(fēng)載作用下傳動(dòng)系統(tǒng)等效應(yīng)力幅值和頻次。建立了基于概率疲勞累積損傷理論的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度模型，利用概率疲勞累計(jì)損傷理論推導(dǎo)計(jì)算了零件及系統(tǒng)的動(dòng)力可靠度。研究了各參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度隨時(shí)間的變化規(guī)律。分析了參數(shù)隨機(jī)性對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度的影響，并將計(jì)算結(jié)果與Monte-Carlo法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。 ④基于動(dòng)力可靠性的系統(tǒng)概率優(yōu)化設(shè)計(jì) 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，以傳動(dòng)系統(tǒng)各構(gòu)件扭轉(zhuǎn)位移均值和體積最小為優(yōu)化目標(biāo)，以影響傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和可靠性的參數(shù)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠度、參數(shù)隨機(jī)性對(duì)可靠性的影響、以及各輪齒正常嚙合的條件和強(qiáng)度等為約束條件，建立了用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性概率優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的求解方法進(jìn)行了探討。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果和Monte Carlo法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了本文優(yōu)化方法的可行性。 ⑤風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速箱隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試 根據(jù)相似理論設(shè)計(jì)制造了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速箱，并搭建了振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，測(cè)量了各種隨機(jī)載荷工況下各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，經(jīng)過(guò)數(shù)值積分和統(tǒng)計(jì)分析得到了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征。將理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，從而驗(yàn)證了本文隨機(jī)振動(dòng)分析方法的正確性。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TH132.41
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展概況
        1.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理
        1.2.2 風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題
    1.3 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀
    1.4 齒輪系統(tǒng)可靠性研究現(xiàn)狀
    1.5 齒輪系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
    1.6 本文的主要研究工作及技術(shù)路線
        1.6.1 本文的主要研究工作
        1.6.2 研究技術(shù)路線
2 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性分析
    2.1 引言
    2.2 隨機(jī)攝動(dòng)法理論基礎(chǔ)
    2.3 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模
        2.3.1 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式
        2.3.2 行星齒輪動(dòng)力學(xué)模型及方程
        2.3.3 平行軸齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及方程
        2.3.4 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及方程
    2.4 基于隨機(jī)攝動(dòng)理論的系統(tǒng)固有特性統(tǒng)計(jì)分析
        2.4.1 系統(tǒng)特征值分析
        2.4.2 系統(tǒng)特征值的統(tǒng)計(jì)特性
    2.5 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性分析
        2.5.1 不考慮參數(shù)隨機(jī)性時(shí)系統(tǒng)的固有特性
        2.5.2 參數(shù)隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)固有特性的影響
    2.6 本章小結(jié)
3 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析
    3.0 引言
    3.1 考慮制造誤差的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型
    3.2 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主要激勵(lì)分析
        3.2.1 系統(tǒng)外部激勵(lì)分析與模擬
        3.2.2 系統(tǒng)內(nèi)部激勵(lì)分析與模擬
    3.3 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)微分方程的求解
    3.4 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)動(dòng)力響應(yīng)分析
        3.4.1 外部風(fēng)載對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響
        3.4.2 隨機(jī)制造誤差對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響
        3.4.3 設(shè)計(jì)參數(shù)隨機(jī)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響
    3.5 本章小結(jié)
4 考慮載荷和參數(shù)隨機(jī)性的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠性研究
    4.1 引言
    4.2 可靠性理論基礎(chǔ)
        4.2.1 可靠性概念
        4.2.2 可靠度分析中的常用函數(shù)
        4.2.3 隨機(jī)變量函數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征
        4.2.4 可靠性分析中常用的分布密度函數(shù)
        4.2.5 系統(tǒng)可靠度
    4.3 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)疲勞載荷譜
    4.4 基于概率累積損傷理論的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度模型
        4.4.1 概率疲勞累積損傷理論
        4.4.2 基于概率累積損傷理論的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度模型
    4.5 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠度計(jì)算
    4.6 載荷及參數(shù)隨機(jī)性對(duì)風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度的影響分析
    4.7 本章小結(jié)
5 基于動(dòng)力可靠性的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)概率優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)基本理論
        5.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型
        5.2.2 可靠性概率優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.3 風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠性概率優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型
        5.3.1 設(shè)計(jì)變量的選取
        5.3.2 目標(biāo)函數(shù)的確定
        5.3.3 約束條件的建立
    5.4 系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的求解方法
        5.4.1 機(jī)會(huì)約束法
        5.4.2 序列二次規(guī)劃算法
    5.5 基于動(dòng)力可靠性的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)概率優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.6 本章小結(jié)
6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速箱隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試
    6.1 引言
    6.2 試驗(yàn)方案及原理
        6.2.1 試驗(yàn)裝置的基本組成
        6.2.2 測(cè)試系統(tǒng)的基本組成
        6.2.3 齒輪箱測(cè)點(diǎn)布置與隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試方案
    6.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速箱隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析
    6.4 隨機(jī)振動(dòng)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
    6.5 本章小結(jié)
7 論文總結(jié)與展望
    7.1 本課題主要工作總結(jié)
    7.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 后續(xù)研究工作與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A. 作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    B. 作者在攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 譚秀峰;張國(guó)偉;謝里陽(yáng);何雪浤;;齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究與展望綜述[J];機(jī)電工程;2014年05期

本文編號(hào)：2837857