1.5MW風電齒輪傳動系統(tǒng)動力學分析

【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境問題日益嚴峻，風能作為一種清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，在未來的能源市場很有開發(fā)潛力，各國政府相繼投入大量的人力及資金研究生產高效安全風力發(fā)電機。 研究風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性以減少風電齒輪箱齒輪傳動系統(tǒng)的振動和沖擊成為了整個風電行業(yè)的重要課題。本文在重慶大學機械傳動國家重點實驗室自主項目支持下，以某型1.5MW風電發(fā)電機增速箱齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，對其動態(tài)特性進行了研究，并分析和提出了減少齒輪箱傳動系統(tǒng)沖擊和振動的方法，具有一定的學術意義和實用價值。主要工作如下： 首先，從理論上分析探討了風電齒輪箱傳動系統(tǒng)的主要內外激勵類型，著重講述了對齒輪箱振動影響極大的內部載荷斜齒時變嚙合剛度進行了分析和求解以及外部激勵時變風速進行了建模和求解。 其次，利用集中質量法建立某型1.5MW風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的非線性彈性動力學模型?？紤]行星架的扭轉變形和每個斜齒輪的扭轉變形、徑向變形和軸向變形，對每個部件進行牛頓力學分析并建立同時考慮時變剛度、誤差、軸承剛度和齒面摩擦的齒輪系統(tǒng)動力學模型。 然后采用四階龍格-庫塔數值積分法對齒輪系統(tǒng)動力學方程進行了求解，并對求解器和步長的選擇進行了分析。 最后對各部件位移響應進行分析，結果顯示，各部件響應的大小主要與轉速和輸入轉矩有關。為清楚地了解各頻率成分風電齒輪箱的振動規(guī)律，對時域速度響應做傅里葉變換，從頻域的角度揭示了各部件頻率成分對風電齒輪箱傳動系統(tǒng)的影響規(guī)律。 【關鍵詞】：風電齒輪箱 動力學分析 廣義載荷 時變剛度
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 本文研究的背景9
• 1.2 國內外風力發(fā)電現狀9-11
• 1.2.1 國外風力發(fā)電發(fā)展現狀9-10
• 1.2.2 我國風力發(fā)電現狀10-11
• 1.3 齒輪系統(tǒng)動力學研究現狀11-13
• 1.3.1 風電增速齒輪箱結構11
• 1.3.2 國外齒輪動力學研究現狀11-12
• 1.3.3 國內齒輪動力學研究現狀12-13
• 1.4 論文的主要研究內容13-15
• 2 風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)激勵15-28
• 2.1 引言15
• 2.2 內部激勵15-21
• 2.2.1 時變剛度激勵15-20
• 2.2.2 誤差激勵20-21
• 2.2.3 齒面摩擦21
• 2.3 外部載荷21-26
• 2.3.1 軸承剛度激勵21
• 2.3.2 時變風速輸入激勵21-26
• 2.4 本章小結26-28
• 3 風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)動力學建模28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 系統(tǒng)物理模型28-29
• 3.3 斜齒輪受力分析29-30
• 3.4 斜齒行星輪系30-35
• 3.4.1 行星傳動系統(tǒng)廣義坐標的選取30-31
• 3.4.2 行星傳動系統(tǒng)坐標系和方向的定義31
• 3.4.3 行星架當量圓處理31-32
• 3.4.4 太陽輪受力分析32-33
• 3.4.5 行星輪受力分析33
• 3.4.6 行星架受力分析33-34
• 3.4.7 第一級行星齒輪系統(tǒng)動力學方程34-35
• 3.5 斜齒輪定軸輪系35-36
• 3.5.1 坐標系和方向的定義35
• 3.5.2 斜齒輪副物理模型35-36
• 3.5.3 高速端斜齒輪副動力學方程36
• 3.6 輪齒嚙合力分析計算36-40
• 3.6.1 行星輪和太陽輪坐標系變換36-37
• 3.6.2 行星輪太陽輪間嚙合力分析37-38
• 3.6.3 行星輪內齒圈間嚙合力分析38-39
• 3.6.4 定軸斜齒輪副嚙合力分析39-40
• 3.7 動力學方程中其他參數的確定40-41
• 3.7.1 質量和轉動慣量40
• 3.7.2 傳動軸的扭轉剛度40-41
• 3.7.3 各組件的阻尼41
• 3.8 本章小結41-42
• 4 風力發(fā)電機增速箱齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性分析42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 數值解法42-46
• 4.2.1 四階龍格-庫塔法42-43
• 4.2.2 步長的選擇設定43-44
• 4.2.3 MATLAB 實現44-46
• 4.3 風力發(fā)電機增速箱齒輪傳動系統(tǒng)在時變激勵下的動態(tài)響應46-57
• 4.3.1 輸入轉矩和輸入轉速的平滑處理46-47
• 4.3.2 第一級行星傳動系統(tǒng)47-51
• 4.3.3 第二級行星傳動系統(tǒng)51-54
• 4.3.4 高速端斜齒輪副54-57
• 4.4 本章小結57-58
• 5 總結與展望58-60
• 5.1 總結58
• 5.2 展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-64
• 附錄64
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄64
• B. 作者在攻讀學位期間參加的科研項目目錄64

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