多工况风电偏航减速机轮齿接触机理研究

【摘要】：风能作为十二五规划新能源的重要组成部分,未来五年发展潜力巨大,据有关研究表明,未来五年,我国的风电装机容量将突破1亿kW。与此同时,伴随着风力发电机组的兆瓦级开发,现代风力发电减速机所承受的外部载荷更加复杂与重大。而传统的偏航驱动减速机往往基于静强度设计方法,采用加大许用安全系数的方法来提高其可靠性,而未采用接触分析理论详细分析传动系统的载荷变化情况及轮齿受力情况,故往往不能在提高偏航驱动减速机的可靠性和安全性的同时,又达到偏航驱动减速机结构轻量化的目的。 为此,本文以国家“十一五”科技支撑计划重点项目为依托,采用有限元数值仿真方法对多工况下偏航驱动减速机中的传动部分进行轮齿接触静力学分析及齿轮接触动力学分析,对偏航驱动减速机的轻量化设计具有较大的参考价值。论文的主要工作与创新之处如下: (1)对总体偏航减速机进行了虚拟装配和仿真分析,结果验证了整个偏航减速机的模拟运行状况良好,为运用ANSYS软件进行接触分析做了良好的保证; (2)基于齿轮静态接触机理,对不同锁紧力矩下偏航减速机轮齿受力情况进行了模拟分析,结果表明,静态峰值输出扭矩工况下,轮齿易发生齿根应力集中,与齿顶干涉现象,可通过齿廓修形等措施提高轮齿的可靠性; (3)通过对偏航驱动减速机的模拟计算、分析了严寒条件及湿热条件下偏航驱动减速机轮齿的接触强度,结果表明,恶劣的气候环境易引起齿轮啮合摩擦系数的增大,且轮齿表面易出现裂纹,最严重时将导致齿轮疲劳失效,可通过热处理、表面处理等措施提高齿轮性能的可靠性; (4)对风电偏航减速机进行动态接触分析,得到了齿轮啮合过程中接触应力分布和等效应力分布情况,结果显示:齿轮接触过程中,在刚开始啮入时其冲击是最大的,随着齿轮运动速度的逐渐稳定,其冲击力逐渐平稳。 【关键词】：偏航驱动减速机 行星齿轮 有限元 强度 接触分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 国内外风力发电发展状况与趋势10-11
• 1.2 新型风电偏航驱动减速机概述11-13
• 1.3 国内外轮齿接触分析研究现状13-14
• 1.4 课题的研究意义14
• 1.5 课题来源及论文研究内容14-16
• 第2章 轮齿接触理论及有限元方法16-25
• 2.1 赫兹接触理论16-19
• 2.1.1 轴线平行的两圆柱体的接触应力16-18
• 2.1.2 齿轮接触应力18-19
• 2.2 接触分析有限元分析方法19-22
• 2.2.1 有限元分析方法19
• 2.2.2 接触有限元分析方法19-21
• 2.2.3 齿轮接触有限元分析方法21-22
• 2.3 ANSYS 有限元软件的接触分析22-24
• 2.3.1 ANSYS 有限元软件介绍22-23
• 2.3.2 ANSYS 软件的接触分析模块23
• 2.3.3 ANSYS 软件的接触分析算法23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 偏航驱动减速机行星齿轮静态接触分析25-49
• 3.1 新型偏航驱动减速机行星传动部分几何模型的建立26-29
• 3.1.1 新型偏航驱动减速机的整机建模26-27
• 3.1.2 一级行星齿轮传动部分建模与装备27-29
• 3.2 偏航驱动减速机行星传动部分有限元分析模型的建立29-32
• 3.2.1 齿轮几何模型的导入与修改29-31
• 3.2.2 定义单元类型与材料属性31-32
• 3.3 行星齿轮和太阳轮啮合时的网格划分32-35
• 3.2.1 网格划分的原则与方法32
• 3.2.2 映射网格划分方法32-35
• 3.4 接触对的建立35-40
• 3.4.1 定义接触对36-39
• 3.4.2 定义实常数和单元关键字39-40
• 3.5 定义边界条件及求解40-43
• 3.5.1 定义边界条件施加载荷条件40-42
• 3.5.2 求解42-43
• 3.6 多工况下结果对比分析43-47
• 3.7 本章小结47-49
• 第4章 不同气候对风电偏航减速机轮齿接触分析的影响49-57
• 4.1 齿轮啮合摩擦力产生机理49-51
• 4.2 考虑摩擦力的齿轮接触应力计算51-53
• 4.3 考虑摩擦力的齿轮接触应力分析结果53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 偏航驱动减速机行星齿轮动态接触分析57-70
• 5.1 接触－碰撞数值计算方法57-60
• 5.1.1 接触－碰撞数值计算方法简介57-58
• 5.1.2 接触－碰撞数值计算方法的有限元实现58-60
• 5.2 动态接触分析60-62
• 5.2.1 动态接触分析前处理60-61
• 5.2.2 关键字介绍61-62
• 5.3 动态接触后处理及结果分析62-69
• 5.3.1 查看结果62-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录76-77
• 致谢77

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