基于载荷谱的兆瓦级风电齿轮箱动态特性研究

【摘要】：课题来源于国家“十二五”科技支撑计划课题“7MW级风电齿轮箱及主轴轴承产业化关键技术研究（2012BAA01B05）”。 风力发电机组的单机容量和功率密度正朝着大型化趋势发展，齿轮箱作为风力发电机组主传动系统的关键部件，是一种常年在无规律变向载荷和瞬间强冲击载荷作用下工作的重载齿轮传动装置，也是风电机组中较为薄弱环节之一。目前，国内大部分风电齿轮箱生产商对齿轮箱的设计制造技术仍然处于消化吸收阶段，国产大功率风电齿轮箱故障率较高。因此，研究兆瓦级风电齿轮箱动态性能，对提高兆瓦级风电齿轮箱自主设计开发能力、降低故障率以及推动兆瓦级风电齿轮箱国产化具有重要作用。 论文的主要研究内容如下： ①对国内外风电齿轮箱的主要结构形式、传动特点以及传动原理进行介绍，以一级行星+两级平行轴构成的兆瓦级风电齿轮箱为研究对象，基于RomaxWIND软件建立其三维实体几何模型，进行虚拟装配和干涉检查。 ②在极限和额定载荷工况下，对兆瓦级风电齿轮箱的关键零部件进行静力学分析，得到齿轮箱箱体、行星架的应力云图以及极限载荷系数；对齿轮副啮合特性分析，得到各级齿轮副在极限工况和额定工况下的齿面接触印痕以及行星级载荷分配系数。 ③从系统的角度计算了兆瓦级风电齿轮箱时变刚度激励、传递误差激励、啮合冲击激励等内部激励以及时变风载等外部激励；建立传动系统齿轮-轴-轴承和结构系统-箱体的耦合系统动力学仿真分析模型，研究了耦合系统的固有频率、模态振型；基于实测载荷谱和内部动态激励力，对系统的动态响应进行研究。 ④对兆瓦级风电齿轮箱的外部载荷、载荷-时间分布（LDD）和等效载荷进行分析；在额定载荷、LDD以及等效载荷下对兆瓦级风电齿轮箱各齿轮副接触疲劳强度、弯曲疲劳强度以及各轴承疲劳寿命进行分析，保证传动系统疲劳寿命和可靠性。 ⑤搭建兆瓦级风电齿轮箱动态特性在线测试系统，研究齿轮箱的振动特性，验证仿真分析模型的有效性。 【关键词】：兆瓦级风电齿轮箱 载荷谱 时变激励 动态特性 试验研究
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315;TH132.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 课题来源及意义8-11
• 1.2 风电齿轮箱国内外研究现状11-19
• 1.2.1 风电齿轮箱发展现状11-13
• 1.2.2 国内外风电齿轮箱动力学研究现状13-19
• 1.3 论文主要研究内容19-22
• 2 兆瓦级风电齿轮箱传动原理及静力分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 兆瓦级风电齿轮箱基本结构及传动原理22-24
• 2.3 兆瓦级风电齿轮箱建模24-28
• 2.4 兆瓦级风电齿轮箱静力学分析28-34
• 2.4.1 齿轮副啮合特性分析29-31
• 2.4.2 关键零部件静强度分析31-34
• 2.5 小结34-36
• 3 兆瓦级风电齿轮箱动态特性分析36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 兆瓦级风电齿轮箱动力学模型36-47
• 3.2.1 系统激励分析37-44
• 3.2.2 系统动力学模型44-47
• 3.3 兆瓦级风电齿轮箱动态特性分析47-54
• 3.3.1 兆瓦级风电齿轮箱模态分析47-49
• 3.3.2 兆瓦级风电齿轮箱动态响应分析49-54
• 3.4 小结54-56
• 4 兆瓦级风电齿轮箱传动系统疲劳寿命分析56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 疲劳分析理论56-58
• 4.2.1 疲劳损伤模型56-57
• 4.2.2 载荷/应力-寿命曲线57-58
• 4.3 风机载荷分析58-61
• 4.4 齿轮箱传动系统疲劳寿命分析61-69
• 4.4.1 齿轮箱传动系统疲劳强度分析61-64
• 4.4.2 齿轮箱轴承寿命分析64-69
• 4.5 小结69-70
• 5 兆瓦级风电齿轮箱动态特性试验研究70-80
• 5.1 引言70
• 5.2 风电齿轮箱动态性能测试原理及方法70-73
• 5.3 兆瓦级风电齿轮箱台架动态特性试验研究73-79
• 5.4 小结79-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 结论80-81
• 6.2 展望81-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-90
• 附录90
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录90
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录90

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