NW型大功率风电增速器均载性能研究

【摘要】：能源短缺问题已经成为当今世界关注的话题,风能作为清洁、可再生能源,其开发利用成为人们研究的热门课题。目前,风电齿轮装备正朝着大功率和高可靠性方向发展,对风电增速箱系统的设计和系统维护提出了更高的要求。考虑到风电增速箱狭小的安装环境和恶劣的工作条件,齿轮箱系统体积优化设计成为风电设备设计制造的重要环节。风电齿轮传动系统中行星轮均匀分布结构能实现功率分流功能,良好的均载性能是实现这一功能的重要保障。 本文以大功率风电增速器行星齿轮传动为研究对象,建立动力学分析方程,研究行星齿轮均载特性,建立系统可靠度评估模型对齿轮传动系统进行体积优化设计,基于宏观参数优化结果进行齿轮均载性能研究。 首先,建立齿轮传动系统动力学分析方程,模型中考虑齿轮的径向、轴向和切向自由度,同时对系统受到的外部激励、时变刚度激励、误差激励和阻尼激励进行了详细的分析。 第二,分析系统动力学均载特性,通过求解均载动力学方程得到两级行星轮传动均载系数,同时研究内齿圈、行星轮、太阳轮和行星轮轴轴承的制造误差及安装误差等对均载系数的影响。 第三,基于宏观参数优化研究行星齿轮传动均载性能,以体积最小为目标函数建立系统的参数优化模型,分析了齿轮传动间载荷系数,通过求解系统动力学分析方程得到齿轮各自由度的振动位移和沿啮合线上位移,以此为基础求解使用系数和动载数。动力学分析得到使用系数和动载系数为输入条件,保证系统可靠度,以体积最小为目标函数建立参数优化模型。基于优化结果分析了系统在不同可靠度工况下减重比例和行星齿轮传动均载系数,比较优化前后系统均载性能。 最后,图形用户界面的设计实现,基于系统参数优化模型,利用MATLAB作为工具实现了优化模型的GUI程序编写。 【关键词】：风电增速器 均载特性 参数优化 图形用户界面
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315;TH132.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景和意义10
• 1.2 风电齿轮箱概述10-13
• 1.2.1 国内外风力发电现状10-12
• 1.2.2 风电齿轮箱的结构形式12-13
• 1.3 齿轮传动系统动力学及可靠性设计及优化现状13-17
• 1.3.1 齿轮传动系统动力学研究现状13-16
• 1.3.2 齿轮系统可靠性设计及优化现状16-17
• 1.4 本文研究的研究内容17-19
• 2 NW型风电增速箱动力学模型建立19-30
• 2.1 前言19
• 2.2 等效力学模型的建立19-22
• 2.3 动力学分析模型系统激励及主要参数22-24
• 2.3.1 外部输入激励22-23
• 2.3.2 时变刚度激励23-24
• 2.3.3 误差激励和阻尼24
• 2.4 行星轮系分析模型的建立24-29
• 2.4.1 弹性变形协调条件25-26
• 2.4.2 输入级行星轮系分析模型26-27
• 2.4.3 中间级行星轮系分析模型27-28
• 2.4.4 输出级行星轮系分析模型28
• 2.4.5 分析模型中主要参数的说明及计算28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 行星齿轮传动均载性能研究30-43
• 3.1 前言30
• 3.2 行星齿轮传动系统误差分析30-33
• 3.3 均载系数方程建立33
• 3.4 动力学均载结果分析33-42
• 3.4.1 风电齿轮箱参数和误差值分析34
• 3.4.2 风电齿轮箱行星轮均载系数34-36
• 3.4.3 单一误差对均载系数的影响36-40
• 3.4.4 综合误差对均载系数的影响40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 面向均载性能的风电齿轮传动系统的宏观参数优化43-72
• 4.1 前言43
• 4.2 齿轮传动的载荷系数分析43-51
• 4.2.1 系统动力学位移响应43-47
• 4.2.2 齿轮使用系数和动载系数分析47-51
• 4.3 齿轮传动系统的参数优化51-66
• 4.3.1 齿轮可靠性评估模型52-56
• 4.3.2 靠度分配56
• 4.3.3 输入级传动系统的宏观参数优化56-60
• 4.3.4 中间级传动系统的宏观参数优化60-62
• 4.3.5 输出级传动系统的宏观参数优化62-65
• 4.3.6 风电齿轮传动系统的宏观参数优化结果分析65-66
• 4.4 宏观参数优化对系统均载性能的影响66-71
• 4.4.1 可靠度R_s=0.99工况下参数优化系统均载系数66-67
• 4.4.2 可靠度R_s=0.999工况下参数优化系统均载系数67-69
• 4.4.3 可靠度R_s=0.9999工况下参数优化系统均载系数69-70
• 4.4.4 宏观参数优化前后系统均载性能对比70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 优化模型的MATLAB GUI程序实现72-80
• 5.1 前言72
• 5.2 MATLAB GUI简介72-73
• 5.2.1 MATLAB特点优势72
• 5.2.2 GUI设计原则和流程72-73
• 5.3 参数优化程序界面实现73-79
• 5.3.1 可视化界面布置73-74
• 5.3.2 动力学载荷分析程序界面运行74-76
• 5.3.3 参数优化分析程序界面运行76-79
• 5.4 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况86-87
• 致谢87-88

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