变载荷下风力发电机行星齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学特性

根据风力发电机传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,建立了最小二乘支持向量机风场随机风速模型,获得了由随机风速引起的时变风载荷。采用集中质量参数法建立了风力发电机行星齿轮传动系统中齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了风力发电机行星齿轮传动的变风载输入、齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度等影响因素,对变风速下1.5 MW半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行了仿真计算分析,求得了变风速下行星齿轮传动系统的振动位移、各齿轮副的动态啮合力和非线性动态轴承力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。     

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.     

修枝机齿轮箱的振动特性仿真分析

针对修枝机齿轮箱在运行过程中出现的振动和异响问题,基于多体动力学理论,利用Adams软件建立齿轮箱的动力学模型,结合快速傅里叶变换理论计算得到齿轮箱齿轮的啮合动态力。利用ANSYS Workbench软件建立齿轮箱有限元模型,完成齿轮箱的约束模态分析。根据数据处理后的轴承处频域激励载荷,计算齿轮箱体表面振动的动态响应。仿真结果表明,齿轮箱的振动噪声在齿轮箱固有频率与齿轮啮合激励频率接近时达到最大值,为以后的齿轮箱体辐射噪声分析以及结构优化设计提供了理论依据。     

修枝机齿轮箱振动特性仿真分析

针对修枝机齿轮箱在运行过程中出现的振动和异响问题,基于多体动力学理论,利用动力学 Adams软件建立齿轮箱动力学模型,结合傅里叶变换理论计算齿轮箱齿轮啮合动态力。建立齿轮箱有限元模型,完成齿轮箱约束模态分析。根据数据处理后的轴承处频域激励载荷,利用有限元软件Ansys Workbench计算齿轮箱体表面振动的动态响应。仿真结果和试验结果表明,齿轮箱的振动噪声在齿轮箱固有频率与齿轮啮合激励频率接近时达到最大值,为今后齿轮箱体辐射噪声分析以及结构优化设计提供了依据。     

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。     

柔性支承风力机齿轮箱轴承受力变形游隙分析

风力发电机运行环境恶劣,受到风的随机性和不稳定性的影响,塔架-机舱-叶轮存在着强烈的耦合作用,使得齿轮传动系统中的齿轮啮合面承受着不稳定的变载荷和极端载荷,进而使滚动轴承的受力也变得复杂。论文以新安装的大型风力机齿轮箱轴-滚动轴承系统为例,研究基于柔性支承下风力发电机齿轮箱轴承由于受力变形造成的工作游隙与轴承复杂受力的关系,对我国国内1.5 MW主流风力机行星齿轮系统实例分析,采用了包括经验计算值在内的四组阻尼值,得到了100 s时序随机风载下的齿轮箱低速轴轴承的不同工作游隙值。结果表明:轴承阻尼数值的不同,对于在复杂工况下的轴承受力有较大影响,同时也间接影响了轴承工作游隙的大小。在随机风载下,工作游隙偶尔有较大波动,但基本处于一个稳定的状态。为以后研究风力机轴承的磨损和振动监测提供了一定的理论计算方法和数据。     

电动车高速轮边齿轮传动动态特性分析与优化

针对某电动汽车高速轮边减速器振动大、噪声强度高等关键问题,建立该减速器齿轮传动系统动态啮合分析模型,对额定功率、最高转速与最大转矩3种工况的各级齿轮副的啮合特性与动态响应进行计算,分析系统振动结构噪声幅值及其分布规律,研究关键重合度设计参数对系统动态啮合性能的影响,基于MASTA提出传动系统宏观几何参数优化方案。研究结果表明:各工况下输出级齿轮副的传动误差峰峰值偏大,高速输入轴轴承处的结构噪声最大;与轴向重合度为非整数设计工况相比,当齿轮副的轴向重合度接近整数时,齿轮副接触线长度变化率较小,啮合过程中接触载荷波动较小,啮合刚度变化率明显降低,齿轮箱各轴承处结构噪声得到明显降低;宏观几何参数优化方案使得各齿轮副动态性能得到一定的提升。     

船用齿轮箱多体动力学仿真及声振耦合分析

基于多体系统动力学理论,综合考虑齿轮副时变啮合刚度、齿侧间隙、轴承支撑刚度等内部激励以及螺旋桨外部激励,建立了含传动系统及结构系统的船用齿轮装置多刚体系统动力学模型,计算了齿轮副动态啮合力及轴承支反力;对齿轮箱及支座进行柔性化处理,形成多柔体系统动力学模型,采用模态叠加法计算了箱体表面的动态响应.而后以多体动力学分析所得的轴承支反力频域历程为边界条件,建立了箱体声振强耦合分析模型,预估了齿轮箱表面声压及外声场辐射噪声.结果表明,齿轮副动态啮合力、轴承支反力以及箱体动态响应频域曲线的峰值均出现在齿轮副的啮合频率及其倍频处;仿真所得的箱体振动加速度及外声场辐射噪声与齿轮箱振动噪声试验台架实测结果吻合良好.     

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.     

渐开线齿轮动态啮合力计算机仿真

为了获得渐开线齿轮啮合传动过程中的动态啮合力,提出了一种在MSC-ADAMS平台上的计算机仿真方 法．考虑了齿轮高速、大转矩啮合传动以及渐开线齿轮工作过程中齿廓啮合点位置不断变化的实际情况,基于 Hertz弹性接触理论,建立了仿真用齿轮刚度系数的计算公式及渐开线齿轮啮合传动的仿真模型,并以某车用变速 器的一对渐开线齿轮为研究对象,应用机构动力学仿真分析软件,计算得到了在3种不同工况下的齿轮动态啮合 力．研究结果表明:渐开线齿轮在啮合传动过程中含有明显的动载荷,动载荷的波动并非对称循环,其均值大于静 载荷;随着传动速度的增大,动载荷及其作用时间所占比例均增大．     

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。     

兆瓦级风电机组传动链振动远程在线测试

传动链作为风力发电机组的主要部分,工作在柔性塔架支撑、风向和载荷多变等恶劣的环境下,其振动特性好坏直接影响风机可靠性和使用寿命,成为风电机组最薄弱环节。论文基于SKF的WindCon智能采集系统,以某兆瓦级风力发电机组为例,在正常运行和启、停工况下对传动链的振动进行远程在线检测,得到传动链在各运行工况下的振动特性,并揭示其动态特性变化规律。测试结果表明传动链振动较为复杂,主要表现为系统低频扭转振动和弯、扭、摆构成的复合振动,传动链中主轴、齿轮箱等振动频率主要由转频和各级齿轮啮合频率尤其是高速级齿轮啮合频率构成,并存在被转频调制现象。     

GWC6066船用齿轮箱振动噪声分析及试验

采用弹簧单元模拟轮齿啮合刚度,杆单元模拟箱体间的联结螺栓,弹簧阻尼单元模拟滑动轴承和滚动轴承,建立由齿轮、传动轴、轴承和箱体等组成的GWC6066船用齿轮箱动态有限元分析模型及声学边界元模型;分析了齿轮箱在内部动态激励下的动态响应,预估了齿轮箱的振动烈度、结构噪声及空气噪声,并对齿轮箱进行实验模态分析及振动噪声测试,与仿真结果对比分析,二者吻合良好。     

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.     

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.     

齿轮传动齿面动载荷的数值求解

以普通渐开线齿轮为研究对象,考虑沿啮合线变化的啮合刚度及齿轮副相对阻尼,利用数值法求解齿轮振动微分方程,得到一个啮合周期内齿轮振动位移、速度的离散值,根据齿轮载荷力学模型求取了齿轮传动齿面动载荷随啮合时间的变化规律。并与求解齿轮振动微分方程时将时变啮合刚度采用Fourier变换求得的齿轮各动态响应进行比较,分析两种方法所得结果的差异。     

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.     

同轴双输出行星减速器振动分析及噪声预估

应用自主开发的齿轮三维动力接触有限元分析程序计算了齿轮啮合时变刚度激励、误差激励和啮合冲击激励,用I-DEAS软件建立了同轴双输出行星齿轮减速器有限元模型,并对减速器的固有特性及内部动态激励下的动态响应和结构噪声进行了仿真分析.计算表明不会出现齿轮箱固有频率与传动轴转频或齿轮啮合频率合拍的现象,结构噪声的最大值均出现在齿轮啮合频率附近.     

齿轮箱振动预测分析及试验验证研究①

本文以某齿轮箱为研究对象,应用MASTA软件根据动力学理论完成对齿轮传动系统的建模,得到轴承处动态力并以此作为之后箱体的输入载荷,综合运用Pro/E、Hypermesh与Ansys软件建立齿轮箱箱体有限元模型,计算齿轮箱模态并调入Virtual Lab软件中基于模态叠加法最终得到固定转速下齿轮箱各点振动响应,经验证,与振动试验测量值相吻合。本文通过多软件联合计算仿真成功求解齿轮箱箱体振动响应,有助于预测整体系统振动噪声,为齿轮箱振动控制提供了理论依据。     

壳体柔性对风电齿轮箱-发电机集成系统动态特性影响

针对风电传动系统集成化结构,提出了一种可用于风力发电机变速-变载工况下的机电-刚柔耦合动力学模型,不仅考虑了齿轮的时变啮合刚度、相位关系、轴和壳体的结构柔性等机械因素,同时计入了发电机系统中永磁体磁饱和特性、电磁径向力波以及空间谐波等电磁因素。探究齿轮箱-发电机集成系统机电耦合动态特性,讨论了壳体柔性对系统动态特性的影响,提出了一种升速分析法,找寻了系统的共振转速。结合模态能量法和阵型矢量分布原理,找寻了共振时的潜在危险构件。研究表明：齿轮系统与发电机存在强耦合特性,壳体的柔性对系统机电耦合特性影响显著。针对集成化系统而言,齿轮内激励为共振转速下的主要激励源;但采用薄壁壳体时,发电机电磁激励不容忽视,易激发新的共振转速。选择合理的壁厚可有效提高系统的安全可靠性,减少共振区域,减轻系统构件的损坏。