基于模態(tài)綜合法2MW風(fēng)電增速箱柔體動力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：近年來風(fēng)力發(fā)電得益于人們對環(huán)境問題的重視,傳動技術(shù)的進步和發(fā)電效率的提高,已再次進入高速發(fā)展的快車道。風(fēng)機中的增速齒輪箱(下文簡稱增速箱)是整個風(fēng)電系統(tǒng)的核心設(shè)備,因為其常年工作在嚴(yán)寒酷暑、載荷多變、多復(fù)雜工況的惡劣環(huán)境,所以其各方面性能好壞直接決定了整機的整體性能。而發(fā)生共振又是導(dǎo)致系統(tǒng)故障的主要因素,所以有必要對其進行較準(zhǔn)確的動力學(xué)分析,預(yù)判共振點,進而有針對性地進行優(yōu)化,保障風(fēng)力發(fā)電機增速箱的平穩(wěn)運行。本課題來源于株洲高精傳動技術(shù)有限公司2MW風(fēng)電齒輪箱研發(fā)項目。為采用柔性體建模和求解,引述了動態(tài)子結(jié)構(gòu)法中的模態(tài)綜合法,采用該方法對傳動系統(tǒng)進行柔性化處理。將傳動系統(tǒng)按部件劃分為若干子結(jié)構(gòu),運用有限元軟件ABAQUS計算各子結(jié)構(gòu)自由模態(tài),并在多體動力學(xué)軟件SIMPACK中進行模態(tài)綜合,計算系統(tǒng)固有頻率。運用甄別共振點的四條原則,排查出系統(tǒng)潛在共振點。采取系統(tǒng)固有頻率與激勵產(chǎn)生的擾頻相互錯開的措施,對其進行優(yōu)化。通過試驗驗證了本文計算方法與系統(tǒng)優(yōu)化方法可行。本文主要研究內(nèi)容與成果如下:(1)在動力學(xué)問題中,滾動軸承的剛度計算是否準(zhǔn)確直接關(guān)系到系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)解的真實性。本課題從滾動軸承靜力學(xué)和運動學(xué)分析方法著手,綜合考慮各滾動體所受載荷和實際接觸角均不相同等因素,采用變形協(xié)調(diào)原理和Hertz彈性接觸理論,推導(dǎo)其基于時變載荷的5乘5剛度矩陣。(2)本課題選用基于模態(tài)綜合法理論的動力學(xué)系統(tǒng)建模方式,旨在計算出更接近真實的系統(tǒng)頻率特性。結(jié)合ABAQUS和SIMPACK聯(lián)合仿真計算,求解得整個風(fēng)電增速齒輪箱的固有頻率。再根據(jù)頻率原則、阻尼原則、能量原則和同一速度級能量原則,結(jié)合系統(tǒng)Campbell圖,排查其潛在共振點。(3)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)以調(diào)整系統(tǒng)固有頻率。通過改變與共振點頻率相對應(yīng)的傳動軸齒輪副的大齒輪齒數(shù)以調(diào)整激擾頻率。以系統(tǒng)固有頻率和激擾頻率錯開的方式,作為移除共振點方法,使系統(tǒng)不在共振點工作。(4)參照行業(yè)內(nèi)振動測試國際標(biāo)準(zhǔn),確定試驗方案。通過采用專業(yè)測試設(shè)備,采集振動數(shù)據(jù),分析系統(tǒng)響應(yīng)情況。在預(yù)測出系統(tǒng)共振點之后,采用本課題提出的優(yōu)化方法對系統(tǒng)進行優(yōu)化,通過振動測試發(fā)現(xiàn)潛在共振點已經(jīng)移除。 【關(guān)鍵詞】：模態(tài)綜合法 子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合 柔體 滾動軸承剛度 共振點 振動測試
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 模態(tài)綜合法研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 齒輪箱動力學(xué)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 研究內(nèi)容14-15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 第2章 多柔體系統(tǒng)動力學(xué)理論基礎(chǔ)16-36
• 2.1 引言16
• 2.2 模態(tài)綜合法介紹16-17
• 2.3 各類子結(jié)構(gòu)模態(tài)集17-19
• 2.3.1 主模態(tài)17
• 2.3.2 約束模態(tài)17-18
• 2.3.3 剛體模態(tài)18
• 2.3.4 附著模態(tài)18-19
• 2.4 子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合19-26
• 2.4.1 固定界面模態(tài)綜合法19-24
• 2.4.2 自由界面模態(tài)綜合法24-26
• 2.5 系統(tǒng)中的滾動軸承剛度26-34
• 2.5.1 安全接觸角26-28
• 2.5.2 軸承受載前后幾何變形28-31
• 2.5.3 軸承受力平衡方程31-33
• 2.5.4 軸承剛度計算33-34
• 2.6 系統(tǒng)連接部件阻尼34
• 2.7 相關(guān)軟件介紹34-35
• 2.7.1 ABAQUS簡介34
• 2.7.2 SIMPACK簡介34-35
• 2.8 本章小結(jié)35-36
• 第3章 系統(tǒng)子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與模態(tài)綜合計算36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 子結(jié)構(gòu)模態(tài)分析36-41
• 3.2.1 箱體模態(tài)38
• 3.2.2 行星架模態(tài)38-39
• 3.2.3 軸模態(tài)39-41
• 3.3 子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合41-42
• 3.4 識別系統(tǒng)潛在共振點42-47
• 3.4.1 頻率原則42-43
• 3.4.2 阻尼原則43-44
• 3.4.3 能量篩選44
• 3.4.4 系統(tǒng)Campbell圖與分析44-46
• 3.4.5 同一速度級能量原則46-47
• 3.5 共振點描述47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 系統(tǒng)動態(tài)特性優(yōu)化48-53
• 4.1 引言48
• 4.2 激擾頻率調(diào)整48-49
• 4.3 系統(tǒng)固有特性調(diào)整49-52
• 4.3.1 調(diào)整軸承跨距49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 試驗驗證53-67
• 5.1 引言53
• 5.2 試驗臺架簡介53-54
• 5.3 振動測試系統(tǒng)54-55
• 5.3.1 數(shù)據(jù)采集儀54-55
• 5.3.2 傳感器類型55
• 5.4 振動測試方案55-58
• 5.4.1 測點選取55-58
• 5.4.2 試驗步驟58
• 5.5 齒輪箱振動測試及結(jié)果分析58-65
• 5.5.1 時域頻域測試數(shù)據(jù)58-64
• 5.5.2 數(shù)據(jù)分析64-65
• 5.6 試驗結(jié)論65-66
• 5.7 本章小結(jié)66-67
• 第6章 結(jié)論與展望67-68
• 6.1 結(jié)論67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-72
• 附錄A攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72

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