兆瓦级风电齿轮箱齿轮热—结构耦合及疲劳寿命研究

【摘要】：增速箱是风力发电机中的重要部件,随着风电机组向着大型化与运行环境更加复杂化的方向发展,要求其应具有更高的可靠性。但目前大型风电齿轮箱普遍达不到设计寿命,从而造成风电企业效益低下。风电齿轮箱寿命与可靠性较低有设计、制造、安装等多种因素,但其中齿轮的摩擦生热,导致其热应力叠加在结构应力上而提高了齿轮啮合应力水平,也是一个主要原因。这一现象也就是热-结构耦合效应。研究风电齿轮箱热-结构耦合,并分析其寿命与可靠性,对大型风电齿轮箱具有重要意义。本文以某型号2.5MW的风电齿轮箱为研究对象,对齿轮箱传动系统高速级的热-结构耦合效应、强度与疲劳寿命及疲劳可靠性作了研究。主要工作内容有:(1)齿轮啮合建模以及模型处理,由三维模型转化为二维平面模型,以适应现有的计算机规模;(2)利用有限元方法的热结构耦合单元对齿轮传动中齿轮接触摩擦因素、齿轮转速、齿轮模数等相关要素对啮合温度、应力的影响进行了分析;(3)通过分析齿轮传动各个相关要素的影响程度,对某风电齿轮箱高速级进行动力学分析、直接热—结构耦合动力学分析、热—结构分步动力学计算等,得到齿轮齿面啮合应力大小与分布;(4)利用疲劳学原理结合齿轮箱高速级热结构耦合有限元分析结果,对齿轮箱传动系统中的高速级进行了不同可靠度条件下的疲劳寿命预测,并计算出零件在规定设计寿命下的疲劳可靠度。 【关键词】：风电齿轮箱 有限元分析 动力学仿真 热-结构耦合 疲劳可靠性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题背景、目的及研究意义8-12
• 1.2 风电齿轮箱研究现状12-14
• 1.2.1 风电齿轮箱国内外研究现状12-13
• 1.2.2 热-结构耦合研究现状13-14
• 1.3 研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 齿轮传动基础理论16-28
• 2.1 齿轮接触理论16-17
• 2.2 摩擦相关理论17-20
• 2.2.1 滑动摩擦17-18
• 2.2.2 滚动摩擦18-20
• 2.3 热传导理论20-23
• 2.3.1 热传递基本方式21-22
• 2.3.2 热分析边界条件22-23
• 2.3.3 初始温度23
• 2.4 有限元耦合分析介绍23-25
• 2.5 疲劳寿命相关理论25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 齿轮传动热—结构耦合效应与分析28-40
• 3.1 有限单元法简介28-29
• 3.2 有限元分析步骤29-30
• 3.3 热-结构耦合场的控制方程30-31
• 3.4 实例模型31-33
• 3.5 啮合齿轮的热—结构耦合分析33-38
• 3.5.1 摩擦因数对齿轮温度场及应力场的影响34-35
• 3.5.2 转速对齿轮温度场及应力场的影响35-37
• 3.5.3 模数对齿轮温度场及应力场的影响37-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 风电齿轮箱高速级热-结构耦合分析40-51
• 4.1 风电齿轮箱模型40-43
• 4.2 求解设置43
• 4.3 动力学分析43-46
• 4.4 齿面温升分析46-49
• 4.5 综合结果分析49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 疲劳损伤分析51-58
• 5.1 疲劳分析基本方法51
• 5.2 疲劳累积损伤理论51-52
• 5.3 常见疲劳分析类别52-53
• 5.4 高速级寿命分析53-57
• 5.4.1 材料力学性能53-54
• 5.4.2 齿面应力分析54-55
• 5.4.3 疲劳损伤分析55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结和展望58-59
• 6.1 全文总结58
• 6.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间的研究成果65

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

博能大功率齿轮箱    尤青青

重齿增产风电齿轮箱    

大型齿轮箱结构分析与结构优化    梁醒培;王豪;张锴锋;

杭州前进齿轮箱集团高速齿轮箱领域又获新突破    

阀门齿轮箱维护研究    周长李;曹建国;李胜利;

船用双速齿轮箱的研制    胡惠雅

三速齿轮箱    刘伯凯;

手动齿轮箱用润滑油新配方    何成宗

我国最大功率的齿轮箱试制成功    孙自求;

《中国齿轮专业协会一届二次工作年会会议纪要》摘录    

高速齿轮箱性能检测系统的研制    王奉涛;李海峰;张亮;宋鲁涛;

正则维数在齿轮状态监测中的应用研究    冯志鹏;褚福磊;

风电齿轮箱振动信号的倒频谱分析    滕伟;武鑫;高青风;柳亦兵;

一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置的研究    刘静;周凤星;

基于神经网络的风电机齿轮箱振动信号的分析与应用    赵立超;陈长征;

脉冲性与周期性的利用——齿轮箱故障检测方法的内在联系    林京;

风电机组齿轮箱的故障及其解决方案    赵海燕;陈棋;

受外部载荷激励的风机齿轮箱动力学建模及故障特征提取    何俊;杨世锡;甘春标;

风力发电齿轮箱换油方式的革命——一种全新的机械式换油方式    熊黎;

风电齿轮箱状态监测    Duka Kitaljevich;Richard Dupuis;Ming Lu;

好悬 杭齿轮箱谈合资险入“虎口”    方益波 张道生

杭齿将通过技改扩大齿轮箱产能    刘砦

首家“齿轮”股下月将赴港上市    王佑

南京高齿冲刺全球风电齿轮箱前三强    秦宵喊

GE与第一能源集团开展风能合作    益直

杭齿制成世界先进水平船用齿轮箱    卢琼玉

南京高精研发出大功率非标齿轮箱    陈生华

“常州长浪”推出异向平双低速高扭齿轮箱    细化

张庄咬定亿元目标谋求经济突破    徐同生

他装的齿轮箱会“唱歌”    本报通讯员 周岚

面向风电齿轮箱的角域振动信号处理与故障诊断方法研究    郭远晶

电子齿轮箱关键控制技术及其应用研究    庄磊

齿轮箱不解体诊断技术研究    王新晴

柔性销轴式风电齿轮箱动力学研究    徐向阳

柔性电子齿轮箱设计及精度控制方法研究    田晓青

基于粒子群优化的齿轮箱智能故障诊断研究    魏秀业

大型矿用齿轮箱运行模态识别与结构动力模型修正研究    刘强

齿轮箱复合故障诊断方法研究    李蓉

大型风电齿轮箱均载性能研究及优化    张立勇

基于虚实混合的齿轮箱体动力学建模与分析    张震

机车牵引齿轮箱密封装置内部流场的研究及结构优化设计    王琛

机车牵引齿轮箱有限元分析及结构优化    史新东

高速动车组齿轮箱稳健优化设计研究    臧庆

基于模型的风电齿轮箱故障检测    孙娟

齿轮箱非线性耦合系统的动力学分析    李淑颖

地铁齿轮箱结构改进研究    张晶

齿轮箱早期故障信号增强与智能诊断方法研究    张拉专

风电齿轮箱早期复合故障信息提取技术研究    付强

T公司风电齿轮箱的市场营销策略组合研究    娄建宏