兆瓦级风电机组变桨减速器动态特性及可靠性分析

【摘要】： 多级行星传动已在许多行业中广泛应用,优化其动态特性、提高可靠性以及使用寿命是行星齿轮传动应用中要解决的重要问题。本文重点研究兆瓦级风电机组变桨传动系统中多级行星传动的动态特性问题,通过对齿轮的齿廓修形来改变齿轮传动的啮合刚度,进而研究其动态特性的变化情况;同时结合机械可靠性理论分析了兆瓦级风机变桨减速器的系统可靠性,主要完成了以下工作: 采用集中质量法建立了多级行星传动的动力学模型,推导出其系统的运动微分方程,并计算出了方程各系数矩阵,同时介绍了求解运动微分方程的模态分析法来指导方程的求解; 采用石川方法计算出了齿轮的啮合刚度,建立了时变条件下的刚度模型,求解了变桨减速器的多级行星传动在时变刚度模型下的固有频率和振型。利用傅里叶变换对时变刚度模型进行了相应的简化,计算出了变桨减速器系统在无阻尼和有阻尼下的动态响应,并通过ABAQUS有限元分析模拟了轮齿动载荷的变化; 阐述了齿廓修形理论,介绍了齿廓修形的具体方法。分别对变桨减速器多级行星传动的齿轮齿顶进行直线长、短修形和曲线修形,比较修形前后以及不同修形方式下系统传动的动态响应,并利用有限元分析软件ABAQUS分析了修形前后行星齿轮传动的动载变化情况,研究齿廓修形对系统动态特性的影响; 基于系统可靠性理论推导出了兆瓦级风电机组变桨减速器的系统可靠性计算公式,通过可靠性分析和比较,研制的变桨减速器的主要性能达到国外产品同等水平。 【关键词】：风电机组 多级行星传动 齿廓修形 动态特性 有限元分析 可靠性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.46;TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 本文研究的背景及意义9-10
• 1.2 多级行星传动国内外研究现状10-16
• 1.2.1 行星齿轮传动动态特性的研究10-13
• 1.2.2 齿轮修形的研究13-15
• 1.2.3 多级行星传动系统可靠性的研究15-16
• 1.2.4 目前研究中存在的不足16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 第二章 兆瓦级风电机组变桨减速器动力学建模17-30
• 2.1 引言17-18
• 2.2 物理模型18-19
• 2.3 兆瓦级风机变桨减速器动力学建模19-21
• 2.4 系统运动微分方程的建立21-27
• 2.4.1 系统运动微分方程21-22
• 2.4.2 系数矩阵22-27
• 2.5 模态分析法27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 兆瓦级风电机组变桨减速器动态特性分析30-51
• 3.1 引言30
• 3.2 齿轮啮合刚度建模30-35
• 3.2.1 齿轮啮合刚度计算方法30-33
• 3.2.2 时变啮合刚度建模33-35
• 3.3 固有特性35-40
• 3.3.1 时变啮合刚度模型的简化35-36
• 3.3.2 系统固有频率与振型36-40
• 3.4 兆瓦级风机变桨减速器系统动态响应40-46
• 3.4.1 系统振动方程求解40-41
• 3.4.2 无阻尼动态响应41-44
• 3.4.3 有阻尼动态响应44-46
• 3.5 动载荷系数计算46-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 齿廓修形对变桨减速器传动系统动态特性的影响51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 齿廓修形51-54
• 4.2.1 齿廓修形原理51-52
• 4.2.2 修形量52-53
• 4.2.3 修形长度53
• 4.2.4 修形曲线53-54
• 4.3 齿廓修形后的变桨减速器传动动态特性54-62
• 4.3.1 直线修形后的齿轮动载荷变化56-58
• 4.3.2 曲线修形后的齿轮动载荷变化58-59
• 4.3.3 修形后系统的动态响应59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 兆瓦级风电机组变桨减速器可靠性分析63-83
• 5.1 引言63-64
• 5.2 系统可靠性理论64-66
• 5.2.1 串联系统65
• 5.2.2 并联系统65-66
• 5.2.3 混联系统66
• 5.3 兆瓦级风机变桨减速器传动可靠性计算66-82
• 5.3.1 零件可靠度计算67-73
• 5.3.2 变桨减速器传动系统可靠性73-75
• 5.3.3 变桨减速器可靠度计算75-79
• 5.3.4 国外同型号变桨减速器可靠度计算79-82
• 5.4 本章小结82-83
• 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目90

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