平面约束圆集布局的膨胀算法

齿轮传动系统被抽象为包含圆的固定约束、圆间距离连接约束和布局空间的边界约束的约束圆集．将圆的直径缩小,可以方便地实现约束圆集的初始布置,而后逐步将圆集胀大即可得到圆集的最终约束布局．提出的平面约束圆集布局的膨胀演变算法,为解决复杂齿轮箱传动系统布局的自动设计问题提供了一个新的可行途径．给出了简化的齿轮箱传动系统的算例．     

风电齿轮箱传动系统的振动特性分析

为了准确描述风电齿轮箱传动系统的振动特性,以2 MW风电齿轮箱传动系统为研究对象,考虑各零部件自身的重力及轴的弯矩对传动系统均载的影响,结合齿轮传动系统动力学理论建立齿轮箱传动系统的动力学模型;为实现齿轮箱传动系统各传动级之间的关联,提出应用联接构件代替零件建立系统刚度矩阵与质量矩阵的方法,建立基于联接构件的齿轮箱传动系统的刚度矩阵和质量矩阵,求解出可分为五种振动类型的固有频率;最后以某风场实测风载荷作为齿轮箱外部激励,采用给定解形式的方法对齿轮箱传动系统的振动微分方程组进行求解,计算得到系统各零部件的振动响应,通过分析可知轴心轨迹的发散程度与零部件振动幅值变化的剧烈程度正相关,且齿轮箱传动系统没有发生共振.为风电齿轮箱传动系统的设计及可靠度计算提供了理论依据.     

求解带平衡约束矩形布局问题的混合算法

以卫星舱布局为背景,针对二维带平衡约束的矩形集在圆容器内的布局问题,提出了一种混合算法,即带压缩策略的动态匹配算法,并与粒子群优化算法结合起来.对于给定的圆容器,将整个布局过程分为4个阶段,相应地将圆容器分成8个区域.每次放置矩形时,动态匹配算法先根据系统质心动态选择装填区域,然后在该装填区域中根据排序函数选择待布矩形.压缩策略用来压缩圆容器,粒子群优化算法用来优化排序函数的参数.在测试集上的计算结果表明:相对于已有算法,提出的混合算法更加有效.     

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.     

齿轮箱轴系轴向力分析

<正>对齿轮箱传动系统中各轴进行分析,通过研究各齿轮受力形式对轴系上轴承的影响,从而分析解决轴承研伤的原因,为设计时更好的设计轴系形式提供了理论依据。通过进行分析,确定较好的轴系结构。1齿轮箱体传动形式及受力情况。齿轮箱体常见的传动形式主要分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动。对于直齿圆     

基于循环卷积生成对抗网络的风机齿轮箱故障诊断

风机齿轮箱是风力涡轮传动系统中的关键部分,其故障发生随机、故障样本数量不足,严重影响故障诊断的准确性。针对此问题,提出一种基于循环卷积生成对抗网络的风机齿轮箱故障诊断方法。首先,构建基于循环卷积生成对抗网络的样本生成模型,利用卷积网络和循环网络作为生成器增强样本间的时间相关性;借助Wasserstein距离与梯度惩罚项改进目标函数,并通过博弈对抗机制优化生成器和判别器,提高模型的泛化能力。然后,结合真实样本和生成样本,设计基于堆叠去噪自编码器的故障诊断方法,实现齿轮箱的故障诊断。最后,利用风力涡轮传动系统数据集验证所提出的风机齿轮箱故障诊断方法的性能。结果显示,所提方法能够有效平衡故障样本数据集,进一步提高风机齿轮箱故障诊断的准确率。     

齿轮箱耦合系统三维接触非线性动态特性仿真

针对现有齿轮传动系统动力学模型和研究方法的不足,提出了基于完全弹性体的齿轮传动系统动态分析方法.以某型船用齿轮箱传动系统为研究对象,基于显式动力学有限元法,考虑部件之间的耦合作用建立了箱体-轴承-斜齿轮副三维动态接触非线性模型.对整体齿轮箱传动系统进行了动态仿真,得到了关键部件的动力学特性,并与非耦合模型动态性能仿真结果进行比较.结果表明:滚动体与齿面应力呈不均匀分布,部件间的耦合作用加剧了齿轮箱的冲击效应.最后采用赫兹线接触理论进行了验证.     

齿轮箱耦合系统三维接触非线性动态特性仿真

针对现有齿轮传动系统动力学模型和研究方法的不足,提出了基于完全弹性体的齿轮传动系统动态分析方法.以某型船用齿轮箱传动系统为研究对象,基于显式动力学有限元法,考虑部件之间的耦合作用建立了箱体-轴承-斜齿轮副三维动态接触非线性模型.对整体齿轮箱传动系统进行了动态仿真,得到了关键部件的动力学特性,并与非耦合模型动态性能仿真结果进行比较.结果表明:滚动体与齿面应力呈不均匀分布,部件间的耦合作用加剧了齿轮箱的冲击效应.最后采用赫兹线接触理论进行了验证.     

基于贝叶斯网络的风电齿轮箱可靠性分析

风电齿轮箱作为风力发电机组的关键部件,提高其可靠性对提高机组整体可靠性至关重要.基于贝叶斯网络的系统可靠性分析方法,对风电齿轮箱齿轮传动系统可靠性进行分析.在进行齿轮传动系统可靠性分析时,考虑了齿轮的两种主要失效形式,即齿面接触疲劳点蚀和齿根弯曲疲劳折断,结合故障树分析,利用贝叶斯网络方法计算出齿轮传动系统的可靠性指标;通过贝叶斯网络的双向推理能力,找出对齿轮传动系统可靠性影响最大的齿轮,即齿轮箱传动系统的薄弱环节,为齿轮箱的合理设计及提高齿轮箱的可靠性提供理论依据和参考.     

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明：风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。     

含齿根早期裂纹损伤的行星齿轮箱故障机理研究

行星齿轮箱中齿根早期裂纹损伤的故障特征微弱,导致其难以被识别.为揭示齿根早期裂纹的故障机理,采用集中参数法建立计入裂纹损伤效应的行星齿轮箱传动-结构耦合非线性动力学模型.首先,基于势能法建立含齿根裂纹损伤的齿轮副啮合刚度与传动误差计算模型,通过刚度激励函数与位移激励函数将裂纹损伤的效应纳入行星传动系统的非线性动力学模型,进而求解行星传动系统的振动响应,结果表明内、外传动支路之间的传动误差差异导致各支路载荷分配不均.其次,采用ANSYSWorkbench建立箱体结构的有限元模型.将行星传动系统中太阳轮、行星架以及内齿圈的支承反力施加于箱体结构的相应轴承座处,并通过窗函数计入行星架旋转对信号的调制效应以获取行星齿轮箱的振动信号;通过对箱体振动信号的频谱分析,提取了行星齿轮箱齿根早期裂纹损伤的故障特征.最后,搭建动力传动故障模拟实验台,对存在齿根早期裂纹损伤的行星齿轮箱进行了振动测试.仿真信号与实测信号基本一致,表明所建行星齿轮箱传动-结构耦合动力学模型能准确揭示行星齿轮箱齿根早期裂纹损伤的故障机理.行星齿轮箱中齿根早期裂纹损伤的故障特征表现为以啮合频率为中心、故障特征频率的分数倍频及行星架转频为间隔的调制边带.     

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.     

具有性能约束几何布局优化模型的研究

建立了带性能约束圆域内几何布局优化问题的各种数学模型，其中图元 可为圆形、三角形及任意连通的二维几何图形。通过引入模函数与广义距离 函数等概念，详细论述了此类几何布局问题可转化为含有Ｄ．Ｃ．约束的凸规 划问题，从而为进一步研究几何布局优化问题的最优性条件、优化算法等奠 定了数学基础。     

两级NW型行星轮系串联的风电齿轮箱传动系统参数化建模

文章研究了全参数化渐开线变位斜齿轮的建模方法,建立了内、外圈齿轮的参数模型,通过给定两级NW型行星轮系串联的新型风电齿轮箱传动系统中各个齿轮参数,生成其三维实体模型,并成功完成了风电齿轮箱传动系统模型的装配,为该新型齿轮系统的有限元分析和动力学分析做了必要的准备。同时,这种全参数建立齿轮模型的方法可以为其他齿轮系统建模提供有益的参考借鉴。     

风电齿轮箱传动误差分析及振动噪声预估

针对一级行星两级平行轴风电齿轮传动系统,综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差等因素,建立31个自由度的弯扭轴耦合集中参数动力学模型,采用变步长Runge-Kutta法对系统动力学微分方程进行求解,得出齿轮传动系统各级传动误差;借助软件建立风电齿轮箱刚柔耦合动力学模型,并导入传动误差,采用模态叠加法求得齿轮箱轴承支反力,并将其作为声振耦合模型的边界条件,采用声学有限元法对风电齿轮箱进行振动噪声预估,并与试验结果对比分析,两者吻合良好。     

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。     

机床主传动系统优化设计

本文对通用机床主传动系统优化设计进行了初步的研究和探讨。采用内惩罚函数法把有约束问题化为无约束问题处理，用变尺度法（Ｄ、Ｆ、Ｐ）优化机床主传动系统的参数。即在满足约束条件下，使目标函数达到极小值，以确定最优的主传动系统的设计参数：传动比、传动轴转速、传动轴直径、齿轮齿数、模数和分度圆直径等。 为使目标函数达到极小值，作者采用了扩大约束边界的方法，并用原约束函数加以监视。以减少目标函数的计算极小值和实际极小值的误差，提高了优化的效果。 采用内惩罚函数法（内点法），要求初始点必须在可行域内。为此，本程序设有计算机自动寻找可行起始点。     

双馈式风力发电机齿轮箱的动态特性分析

利用风机仿真软件(SWT),对某1.5 MW双馈式风力发电机齿轮箱的动态特性进行了研究。应用梁单元和超单元建立了齿轮箱参数化模型,对其进行了模态分析,将得到的固有频率与激励频率比较,确定不存在共振点;在考虑风剪切效应和塔影效应的基础上,建立了风机整机全耦合模型,得到了正常发电和紧急停机工况条件下齿轮箱系统的动态响应、齿轮啮合力和轴承受力情况。研究结果表明,风机齿轮箱的动态响应及动态载荷与其运行工况和外部风载荷密切相关,且各级齿轮的动态啮合力与齿轮轴的转矩有相同的变化趋势;行星轮轴承所受载荷最大,更容易发生损坏。研究结果为风力发电机齿轮箱传动系统的动态优化设计提供了理论依据。     

考虑轴柔性的二级齿轮减速器振动噪声研究

针对齿轮箱在实际运行过程中存在的轴系变形问题,提出了一种二级齿轮减速器在多源时变激励作用下振动噪声的计算方法。综合考虑齿轮、轴承时变刚度以及误差激励的影响,并引入二级齿轮相位关系,采用有限元法建立了计入轴柔性的二级直齿轮-轴-轴承系统耦合动力学模型。通过Newmark时域积分法求解系统动力学方程,得到各轴承动载荷,并分析了传动系统的固有特性及轴的静变形特征。采用有限元法对齿轮箱进行模态分析,提取箱体各阶固有频率与振型。以轴承频域动载荷为齿轮箱激励,利用模态叠加法计算得到齿轮箱的振动响应,并采用声学边界元法对齿轮箱的辐射噪声进行了计算。分析了轴柔性和转速对轴承动载荷与箱体辐射噪声的影响。仿真结果表明:计入轴柔性后,轴承动载荷波动幅值降低,激励频率成分也随之减少;在低频段200～900Hz与高频段1 800Hz附近,箱体的主要共振模式发生改变,顶部场点噪声有所降低;随着转速的升高,激起了传动系统轴系弯曲振动模式,并引起传动系统振动幅值增大,且齿轮箱顶部场点噪声明显大于两侧场点噪声。研究结果可为减速器的减振降噪设计提供理论参考。     

基于频率诱导变分模态分解的齿轮箱故障诊断

针对风电传动系统齿轮箱的故障诊断问题，在脉冲激励响应的基础上提出了一种频率诱导变分模态分解(FIVMD)方法，并将其应用于齿轮箱故障特征提取.首先，根据振动信号傅里叶谱的极大值分布估计齿轮箱系统的自振频率；然后，将固有频率的估计值作为各模态分量中心频率的初始化位置，并通过交替乘子法将原始信号自适应分解为本征模态函数；其次，通过希尔伯特变换对各本征模态函数求包络谱，并计算其故障特征频率比；最后，挑选出故障特征频率比最大的模态分量，并根据其包络谱特征实现齿轮箱故障的有效识别.以维斯塔斯某3 MW风电机组圆柱齿轮断齿故障为例，验证了FIVMD在工程应用中的有效性和优越性.