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.     

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。     

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。     

基于Workbench的齿轮啮合振动分析

齿轮的振动能快速、全面地反映其运转状态,有限元法能更为准确模拟轮齿啮合过程,求解啮合刚度进而研究其振动响应。联合利用Hypermesh和Workbench对啮合齿轮模型进行有限元仿真,得出齿轮啮合时变刚度。利用MATLAB求解齿轮系统动力学模型得到动力学响应。通过机械式封闭功率流试验台对仿真结果进行试验验证。试验结果表明仿真分析得到的结果与试验结果基本相符。利用有限元方法求解啮合刚度进而研究振动响应有更高的可靠性和准确性,为齿轮振动的研究及改善提供方法参考。     

基于轮齿剥落故障的齿轮动力学特性及特征提取方法研究

齿轮在啮合过程受到交变载荷的作用,会在齿面产生剥落等故障,严重影响齿轮啮合的稳定性和可靠性。推导了轮齿剥落故障时齿轮啮合刚度计算公式,研究了时变刚度计算方法,建立了轮齿剥落故障的齿轮啮合动力学模型;并利用试验验证了动力学模型的有效性。同时研究了缺陷尺寸和输入转速对齿轮振动特性的影响,引入包络谱信息熵的方法对缺陷时齿轮的振动特性进行了研究。为进一步研究齿轮故障分类等方法提供了理论依据和实践支撑。     

考虑齿顶修缘的斜齿轮传动振动响应分析

渐开线斜齿轮进行适当修形后,可以有效地改善其啮合性能,降低噪音和延长齿轮的使用寿命。利用建立未修缘以及含不同齿廓修缘量的斜齿轮有限元模型,通过轮齿承载接触分析得到不同修缘量斜齿轮的静态传递误差和啮合刚度;在考虑齿顶修缘影响的基础上,建立了具有12个自由度的平行轴系斜齿轮转子系统动力学模型,将得到的时变啮合刚度应用于系统动力学模型中,研究不同修缘量对斜齿轮传动振动响应的影响规律。研究结果表明:在一定范围内,随着修缘量的增加,斜齿轮系统的径向振动和啮合力幅值明显降低,但当修缘量达到21μm后其幅值有增大趋势。研究结果对确定斜齿轮的最优修形量和分析修形斜齿轮的振动特性具有重要意义。     

基于ANSYS的齿轮动态应力强度因子的计算

以普通渐开线齿轮为研究对象,考虑时变刚度和固定的阻尼系数,建立齿轮振动微分方程,求出齿轮传动齿面动载荷;并基于ANSYS软件平台,建立齿根含裂纹的齿轮模型,利用APDL语言加载齿面动载荷和求解裂纹动态应力强度因子,得出其变化规律.     

基于扩展卡尔曼滤波和希尔伯特-黄变换瞬时频率的齿轮啮合刚度辨识算法

齿轮副是传动系统中的重要部件,齿轮在啮合过程中会出现单、双齿交替参与啮合的情况,造成齿轮啮合刚度周期变化,引起系统振动.齿轮的啮合刚度与齿轮的状态有关,当齿轮出现故障时,齿轮啮合刚度会发生变化,因此通过监测齿轮的啮合刚度就能够估计齿轮副的工作状态.根据齿轮副的动力学模型建立齿轮啮合刚度的离散辨识模型,提出基于扩展卡尔曼滤波器和希尔伯特-黄变换瞬时频率,利用振动信号对齿轮啮合刚度进行估计的动态辨识算法.仿真和实测结果表明,所提出的方法能够跟踪辨识齿轮的啮合刚度,具有较高的辨识精度.     

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。     

基于谐波平衡法的非圆面齿轮多参变振动特性研究

考虑齿轮的时变瞬心、刚度和误差等激励问题,基于弹性转角分离原理,构建了非圆面齿轮的量纲一动力学模型.针对时变刚度和瞬心组成的复合参数激励,采用多阶谐波平衡法得到齿轮动力学方程的近似解析解,着重分析了系统的关键参数对振动响应的影响规律以及各参数对振动的灵敏度的影响.研究结果表明:齿轮在复合参数激励下存在复杂的多频响应,响应幅值随转速、偏心率、误差幅值、啮合刚度幅值比以及负载扭矩的增大而呈现不同特点的增大趋势,齿轮系统的各参数取值对自身及其它参数的灵敏度值都将产生较大的影响.      

新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

考虑温度效应的风电增速箱动力学特性研究

针对风电增速齿轮箱温度异常现象,基于Block闪温理论与Hertz接触理论,提出一种考虑随机风载作用下齿面接触温度的计算方法.以该方法为理论基础,根据行星轮系耦合建模理论,建立风电增速齿轮箱动力学性能计算模型.模型不仅揭示了随机风载、齿面接触温度及齿廓热变形之间相互影响的函数关系,还展现了随机风载、齿面接触温度等非线性...     

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.     

直齿轮传动中各啮合点的齿间载荷和油膜厚度的分布规律

本文采用藤井贤治三梯形法得到的轮齿综合变形来计算直齿轮轮齿的综合啮合刚度和单齿啮合刚度，并考虑弹流润滑的中心油膜厚度产生的影响，得到了一种更完善更接近工程实际的直齿轮传动中各啮合点的齿间载荷分布关系并用这种新的齿间载荷分布关系计算得到标准和变位直齿轮在各啮合点处的中心油膜厚度分布关系，两者与传统值有较大差异这将有助于人们对齿轮传动的强度、润滑和失效机理更深入的认识．     

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.     

钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性研究

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,文中建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对4种钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性进行了理论分析与实验研究,分析了组合方式对行星传动振动特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明：塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮-行星轮和内齿圈-行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而显著地降低传动系统的振动和噪声。     

增速箱系统动态激励下的响应分析

齿轮啮合动态激励是齿轮系统产生振动和噪声的基本原因，齿轮系统在内部动态激励下的响应分析，对齿轮系统的设计和使用具有重要的意义。针对增速箱系统，采用三维接触有限元法得出啮合齿对的时变刚度曲线，根据齿轮精度级确定的齿轮偏差模拟得出齿面误差曲线，得出了刚度激励和误差激励。应用Ⅰ-DEAS软件建立了增速箱有限元动力分析模型，分析计算出了增速箱的固有频率和箱体、传动轴的动态响应。结果表明，增速箱系统在使用中不会引起共振，且振幅不大，能满足系统的使用要求。     

钢/塑齿轮组合行星传动系统的振动与噪声特性(英文)

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动和噪声特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对4钢/塑齿轮组合行星传动系统的振动与噪声特性进行了理论分析与试验研究,分析了组合方式对行星传动振动特性的影响.数值仿真与实验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮与行星轮和内齿圈与行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制了传动系统的振动和噪声.研究成果对降低工程机械中传动系统的振动和噪声具有一定的应用价值.     

引入塑料行星轮对行星齿轮传动动态特性的影响

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料行星轮后的动态特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对含塑料行星轮行星齿轮传动系统的动态特性进行了理论分析与实验研究,分析了塑料行星轮的引入对行星齿轮传动动态特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明:塑料行星轮的引入对轮齿动态特性影响很大,显著地减小了太阳轮—行星轮和内齿圈—行星轮的啮合动载荷;显著地降低了行星齿轮传动系统的转子不平衡工频及其谐波振动、齿轮啮合振动及其谐波振动和高频带振动;在很大程度上降低了行星齿轮传动系统的振动强度。     

啮合刚度及阻尼对人字齿轮振动特性的影响研究

为研究啮合刚度和阻尼对人字齿轮振动特性的影响,建立了人字齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,推导出相应的运动微分方程,利用Matlab求解获得了系统的动态响应。结果表明,齿轮啮合线上的振动加速度和轴向振动加速度大于齿轮横向振动加速度,是引起齿轮振动和噪声的主要原因。啮合刚度对横向、轴向和啮合线方向振动均有影响,刚度波动量主要影响横向和啮合线方向的振动,啮合阻尼主要影响啮合线方向上的振动。故增大啮合刚度、减小刚度波动量或增大阻尼可有效降低人字齿轮传动的振动和噪声。