风电偏航驱动减速机抗疲劳机理研究

【摘要】：近年来,风电在能源产业中异军突起,并呈现以每年30%的增长速度的发展趋势。但现代风力发电用减速机(包括偏航驱动减速机和变桨驱动减速机)所承受的外部载荷为随时间变化的动态随机载荷,所产生的动应力往往引起疲劳损伤和疲劳断裂。而传统的偏航驱动减速机往往基于静强度设计方法,采用加大许用安全系数或降低许用应力的方法来提高其可靠性,而未采用抗疲劳设计,故往往既不能提高偏航驱动减速机的可靠性和安全性,又不能达到偏航驱动减速机结构轻量化的目的。 为此,本文采用数值仿真方法对偏航驱动减速机中的行星传动部分进行了动力学分析、疲劳分析以及箱体的模态分析,对偏航驱动减速机的抗疲劳设计具有较大的参考价值。论文的主要工作表现如下: (1)对总体偏航减速机进行了虚拟装配和仿真分析,结果验证了整个偏航减速机的模拟运行良好,为运用ANSYS软件进行接触和疲劳分析做了良好的保证。 (2)对行星齿轮接触问题进行了有限元分析,得到了齿轮啮合过程的接触应力分布和等效应力分布,结果表明,行星齿轮初始啮合接触时,随着行星齿轮啮合的继续进行,产生接触应力的范围不断扩大,最大应力急速增大至460MPa,小于行星齿轮材料的屈服极限。 (3)对偏航减速机行星齿轮进行了疲劳仿真分析,获得了行星齿轮的疲劳寿命次数和累计疲劳系数,结果表明,以42CrMo为材料的行星齿轮的抗疲劳特性符合偏航减速机工业设计的要求。 (4)对偏航减速机箱体进行的模态分析结果显示:偏航驱动减速机现有约束条件下的固有频率偏离转子运动件激振频率,与之对应的临界转速远远低于减速机的工作转速,不易产生共振。 【关键词】：偏航驱动减速机 行星齿轮 有限元 强度 疲劳强度 模态分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 新型风电偏航驱动减速机概述10-11
• 1.3 国内外机械抗疲劳技术研究现状11-12
• 1.4 课题的研究意义12
• 1.5 课题来源及论文研究内容12-14
• 第2章 接触碰撞问题基础及LS-DYNA 简介14-23
• 2.1 接触－碰撞数值计算方法14-19
• 2.1.1 接触－碰撞数值计算方法简介14-15
• 2.1.2 接触－碰撞数值计算条件15-16
• 2.1.3 接触－碰撞数值计算方法的有限元实现16-19
• 2.2 ANSYS 软件简介19-22
• 2.2.1 ANSYS 软件的发展历程20
• 2.2.2 ANSYS 软件提供的分析类型20-21
• 2.2.3 有限元分析的优势21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 偏航驱动减速机行星传动部分动力学分析23-39
• 3.1 齿轮接触理论应力值估算23-26
• 3.2 新型偏航驱动减速机行星传动部分有限元前处理及求解26-36
• 3.2.1 新型偏航驱动减速机建模26-27
• 3.2.2 一级行星齿轮传动部分建模及分析27
• 3.2.3 一级行星传动部分的建模与装配27-29
• 3.2.4 行星传动部分齿轮材料设置29-31
• 3.2.5 行星齿轮和太阳轮啮合时的网格划分31-34
• 3.2.6 定义接触对34
• 3.2.7 定义边界条件及求解34-36
• 3.3 结果分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 偏航驱动减速机行星传动部分疲劳分析39-46
• 4.1 疲劳分析的基本概念与步骤39-40
• 4.1.1 疲劳定义39
• 4.1.2 疲劳计算能力39-40
• 4.1.3 疲劳基本术语40
• 4.1.4 疲劳计算的基本步骤40
• 4.2 疲劳分析的理论计算40-41
• 4.3 有限元分析的疲劳计算41-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 偏航驱动减速机箱体模态分析46-52
• 5.1 模态分析概述46
• 5.2 单元类型的选择与网格划分46-48
• 5.3 偏航驱动减速机箱体模态分析结果48-50
• 5.4 临界转速分析50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第6章 结论与展望52-54
• 6.1 结论52-53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-57
• 附录攻读硕士学位期间发表的学术论文目录57-58
• 致谢58

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