变转速风电行星齿轮传动系统动力学特性

针对风力发电机变转速工况,采用集中质量参数法建立了变速风电行星齿轮传动系统的动力学模型,通过傅里叶级数将时变啮合刚度转化为啮合频率的函数形式,根据仿真的线性升速曲线,分析了变转速对齿轮副时变啮合刚度的影响,并利用龙格库塔法求得了传动系统中各齿轮的动态响应.在此基础上,对风电齿轮箱试验台升速过程测试信号进行分析,验证了所建变转速风电行星齿轮传动系统动力学模型的有效性.     

胶印机齿轮传动系统动力学建模及优化设计

为了提高胶印机高速印刷条件下的动态特性,针对胶印机齿轮传动系统动力学问题,建立了多级平行轴齿轮传动系统动力学模型,并对其进行动态优化设计.首先,描述了齿轮传动系统的时变啮合刚度、静态传动误差、啮合阻尼、动态啮合力和滚动轴承刚度表达式,并利用集中参数法建立了多级平行轴齿轮传动系统动力学模型;然后,运用Runge-Kutta法对齿轮传动系统动力学方程进行数值求解;最后,采用序列二次规划法对齿轮系统进行参数优化,并对其进行齿廓修形.数值计算结果表明,优化后齿轮系统的动态特性在啮合刚度、单齿载荷、动态啮合力、动态传动误差和滚筒相对滑动速度方面都有提高,为解决胶印机高速印刷条件下动态特性不良问题开拓了一条新途径.     

耦合箱体振动的行星齿轮传动系统动态响应分析

为获得准确的行星齿轮传动系统动态响应进行精确产品设计,文中建立了耦合箱体振动的2K-H行星传动系统动力学模型.将整个行星传动系统分为传动部分与箱体结构两部分,对传动部分采用集中质量模型而对箱体结构采用有限元法建模,然后根据子结构方法将箱体模型转换到轴承支撑的连接节点,并与传动部分通过界面协调条件进行耦合.文中还引入了时变的啮合刚度、综合啮合误差激励,从而获得了一个时变的、多自由度耦合行星齿轮传动系统动力学模型.耦合箱体前、后的系统动力学分析结果表明:箱体结构的耦合作用使行星传动系统的啮合力与支承力均有较大程度的降低;在系统参数不变的情况下,输入转速变化使啮合力和支承力呈不同趋势变化;有必要进行精确的动力学建模与分析,以实现优化的传动系统轻量化和可靠性设计.     

重合度对直齿行星齿轮传动的影响

建立了单级2K-H渐开线行星齿轮传动的集中质量参数型振动模型，将齿轮啮合的刚度近似等效成时变分段线性的弹簧刚度．分析了系统因时变啮合刚度激励而引起的稳态振动．得出了在2K-H渐开线行星齿轮的传动中，齿轮的动载荷与齿轮间的重合度相关；在无阻尼状态下太阳轮一行星轮的动态啮合力小于行星轮一内齿圈的啮合力．     

齿轮传动系统随机振动模型与仿真

除考虑齿轮的齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应外,还考虑了由扭矩波动引起的低频外激励和齿轮阻尼比、齿侧间隙、激励频率、啮合刚度的随机扰动,根据牛顿定律建立了单对三自由度直齿齿轮传动系统的动力学方程.利用系统的分岔图、相图、时间历程图、Poincaré映射图、李雅普诺夫指数和功率谱图分析了齿轮传动系统在齿轮时变啮合刚度变化下的动力学特性,以及啮合刚度的随机扰动对系统动力学的影响.数值仿真表明,随着齿轮时变啮合刚度的增大,齿轮传动系统从周期运动通过倍化分岔通向混沌运动;在啮合刚度的随机扰动不是很大时,系统解的周期结构不会发生大的变化.     

兆瓦级风力机齿轮传动系统动力学分析与优化

对1.5 MW风力发电机齿轮箱传动系统进行耦合振动分析,建立了风力机增速箱齿轮传动系统的扭转振动模型.利用4阶Runge-Kutta法计算了系统在风载、轮齿时变啮合刚度和系统阻尼共同作用下的动态响应,并利用谐波平衡法求出了系统的解析解,从而得到了优化设计目标函数的解析表达式.在此基础上,建立了以行星轮扭转振动加速度幅值最小和传动系统总质量最轻为目标的优化设计数学模型,利用MATLAB优化工具箱进行优化求解.实例计算表明,优化设计后传动系统的低阶固有频率明显提高,动态性能明显改善,重量减轻.     

风力发电机齿轮传动系统的动态优化设计

同时考虑时变啮合刚度、啮合误差以及风速变化引起的外载荷波动,建立了1.5MW风力发电机齿轮传动系统的集中参数模型,并利用谐波平衡法,得到时变振动微分方程的解析解。在此基础上,建立了以各构件的振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标动态优化模型,利用混合离散变量组合型法对其进行求解。计算结果表明,提出的系统建模和优化设计方法,可有效降低风电齿轮箱的振动水平和质量,为低噪声、低成本的风电齿轮箱的设计提供参考。     

基于动力学的风力发电齿轮传动系统可靠性评估

建立了1．5MW风力发电齿轮传动系统非线性动力学微分方程,分析了由时变啮合刚度与综合误差引起的内部激励和由风速变化引起的外部激励,给出了使用系数、动载系数和轴承载荷系数的表达式,在此基础上,研究了齿轮传动系统的可靠性评估问题,对齿轮、滚动轴承和传动系统分别进行可靠性评估,最后给出了实例计算结果。     

随机风载下兆瓦级风电机组传动链系统的动态响应分析

以MW级风电机组传动链系统为研究对象,利用集中质量法对其纯扭转耦合非线性动力学模型的建立与动态响应规律进行探讨.在应用达朗贝尔原理建立传动链系统的质量-弹簧-阻尼模型和考虑部件间相互耦合影响的动力学方程组基础上,根据威布尔风速法建立西北酒泉地区的风速模型,并据此得到了一种作为传动链系统输入的随机时变转矩.在考虑增速箱中各齿轮副间的时变啮合刚度、啮合阻尼和时变误差激励影响的前提下,利用Matlab编写程序对建立的动力学方程组进行数值仿真计算,获得传动链系统的固有频率,以及各部件的扭转振动角位移、角速度、齿轮啮合力的响应情况.本研究对揭示随机风速作用下风力机组传动链系统的扭转振动响应规律,为传动链系统结构的动态性能优化设计提供了理论参考依据.     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题，该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型，分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律，进而采用支持向量回归方法，重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系，建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型，实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象，并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能；优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低，齿面和轴承载荷分布更加均匀，均载性能得到明显提升。     

风电齿轮箱传动系统的动力学建模

由于风速的随机性特点,使得风电齿轮箱长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱内部结构的损坏.为了更好地对齿轮箱进行动力学分析,将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量法,在直齿轮、斜齿轮和行星齿轮动力学模型的基础上,建立了整个齿轮箱传动系统的动力学模型;并在考虑齿轮啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、偏心量、弯扭耦合、自身重力以及支撑轴承等因素的共同作用下,利用拉格朗日方程推导了整个传动系统的动力学方程.为今后分析兆瓦级风电齿轮箱传动系统的固有特性、动态响应等动力学特性奠定了一定的基础.     

起升动载激励下岸桥起升传动系统动态特性

为研究岸桥起升传动系统在起升复杂工况下的动态特性,建立了起升机构的动力学模型,模拟了传动系统所受的起升动载.考虑传动系统中齿轮副的时变啮合刚度和支撑刚度,建立了起升传动系统平移-扭转耦合的动力学模型,得到了电机从启动到匀速最后减速到停止的起升过程中传动系统各构件的振动响应,并对不同阶段的啮合力进行了频域分析.研究表明,传动系统各构件的扭转振动与起升动载有相同的变化趋势,且由于起升速度的变化,加速和减速阶段的啮合力频谱出现了边频带现象.     

大功率风电增速器的多目标优化设计

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动力学模型,研究其传动系统的动力学特性。在此基础上,以传动系统体积最小和构件扭转振动加速度振动幅值最小为优化目标,以可靠性和强度等为约束条件进行多目标动态优化设计,优化结果表明:优化后的风电增速器齿轮传动系统不仅实现了轻量化,而且在保证系统可靠度的前提下动态性能也得到了有效改善,达到了减振降噪的目的。     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

双馈风电机组传动链低电压穿越响应分析

为了分析双馈风电机组低电压穿越对传动链齿轮与轴承等部件冲击载荷的影响,分别采用转子有限元法与集中参数法对传动链中的盘、轴、轴承、联轴器以及齿轮等部件进行了动力学建模,结合风电机组气动载荷与控制模型,建立了传动链动态响应仿真程序。利用建立的仿真程序对风电机组稳态工况进行了仿真,筛选出齿轮啮合力与轴承力最大的部件。将风电机组低电压穿越测试曲线加载到仿真程序中,对低电压穿越各类工况动态响应进行了对比分析。结果表明：低电压穿越会对风电机组传动链的齿轮与轴承产生冲击,并且冲击载荷的大小与机组工况载荷、电压跌落幅值以及跌落形式相关,并且这三者的影响因素是依次递减的。     

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.     

Effect of Supported Bearing Clearance on Load-Sharing Characteristics of a Double-Row Planetary Gear System

Few studies were focused on the load-sharing characteristics of double-row planetary gear(DRPG) systems with bearings. Meanwhile, the supported bearing has an important influence on the transmission characteristics of the entire system. To overcome this problem, a multi-body dynamic(MBD) model of the DRPG system fully considering the influences of bearing parameters is established. Dynamic loads among contacting gear pairs have been obtained to calculate the load-sharing coefficient(LSC) of the system. The LSC of each gear tooth pair has been compared to study the effect of the supported bearing clearance on the load-sharing characteristics. These methods are based on Hertz contact theory. The liner stiffness and damping are used in the model. The results show that the supported bearing clearance has a greatly effect on the LSC of the DRPG system. Choosing appropriate clearance parameters of supported bearing can help suppress the uneven load distribution of the DRPG system. The results can provide some guidance to find new method to study the LSC and increase the service life of planetary gear systems.     

钢-塑齿轮组合行星传动振动与噪声特性的实验研究

通过搭建钢-塑齿轮组合行星传动振动试验台,对8种组合系统进行了一系列实验研究。主要研究了组合方式、转速以及负载等对钢-塑齿轮组合行星传动的振动与噪声特性的影响。实验结果分析表明:组合方式对行星传动系统输入轴和输出轴支承轴承上的动载荷影响显著。塑料齿轮的引入显著地降低了支承轴承上的动载荷;采用SNS组合或SNN组合可显著降低传动系统支承轴承上的动载荷;各种组合传动系统的噪声强度均随转速的升高而增大,组合方式对降噪效果影响显著。     

Dynamic characteristics of the planetary gear train excited by time-varying meshing stiffness in the wind turbine

Wind power has attracted increasing attention as a renewable and clean energy. Gear fault frequently occurs under extreme environment and complex loads. The time-varying meshing stiffness is one of the main excitations. This study proposes a 5 degree-of-freedom torsional vibration model for the planetary gear system. The influence of some parameters (e.g., contact ratio and phase difference) is discussed under different conditions of a single teeth pair and double pairs of teeth. The impact load caused by the teeth face fault, ramped load induced by the complex wind conditions, and the harmonic excitation are investigated. The analysis of the time-varying meshing stiffness and the dynamic meshing force shows that the dynamic design under different loads can be made to avoid resonance, can provide the basis for the gear fault location of a wind turbine, and distinguish the fault characteristics from the vibration signals.