风电制动器钳体振动稳定性分析与设计

【摘要】： 风电制动器是风力发电机制动系统的重要组成部分,制动器的制动稳定性直接影响到风力发电机的安全运行,而制动器制动时的低频抖动是影响制动器振动稳定性的主要因素,对制动钳的使用寿命影响极大。因此,降低制动钳低频抖动时的振动位移,减少对制动钳的疲劳破坏,对于提高制动器的制动效能具有十分重要的意义。本文以大连华锐液压厂采购的SVENDBORG制动器为研究对象,对制动钳的结构进行振动稳定性研究,改变制动钳结构参数,降低低频抖动位移,避开尖叫频率,并结合结构优化设计,设计制动钳的合理外形结构。 本文首先对制动器的结构和工作原理进行了阐述。对制动钳模型进行模态分析。分析结果表明,制动钳第八阶固有频率与制动尖叫频率比较接近,是引起制动尖叫的一个主要原因,为下一步研究制动器的振动稳定性提供了理论依据。 介绍了谐响应分析的理论基础。采用有限元分析软件对制动钳进行谐响应分析,得出了通过改变制动钳的结构参数可改善振动稳定性的重要结论。 根据制动器外部结构,对制动钳进行结构优化设计。制动钳结构的拓扑优化目标是在满足强度条件的前提下,使制动钳结构的刚度、固有振动频率改变最小的一种结构优化。因此需对制动器外部结构进行结构分析、模态分析。通过结构分析,得出制动器外部结构的应力、位移分布和大小;通过模态分析,得出制动器外部结构的固有振动频率和振型。通过结构优化分析,得出制动钳材料的合理分布,根据结果设计出制动钳的理想模型。 最后根据拓扑优化的理想模型,结合谐响应分析得到的结构尺寸,设计出合理的制动器钳体结构。 【关键词】：制动器 谐响应分析 制动钳 拓扑优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背影与来源8-9
• 1.2 文献综述9-12
• 1.2.1 制动器振动与噪声的研究发展概况9-11
• 1.2.2 拓扑优化理论的研究发展概况11-12
• 1.3 本课题研究的意义和内容12-14
• 1.3.1 本课题研究的意义12-13
• 1.3.2 本文研究的内容13-14
• 2 风电制动器结构动力学分析14-18
• 2.1 风电制动器的结构及工作原理14-15
• 2.2 结构动力学方程15-16
• 2.3 系统的动力响应16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 3 风电制动器钳体振动模态研究18-27
• 3.1 模态分析理论18-19
• 3.2 ANSYS模态分析19-20
• 3.3 风电制动器钳体模态分析20-26
• 3.3.1 建立几何模型20-22
• 3.3.2 有限元模型的建立22-23
• 3.3.3 制动钳模态分析23-26
• 3.4 本章小结26-27
• 4 风电制动器钳体谐响应分析27-41
• 4.1 谐响应分析理论27-28
• 4.2 风电制动器钳体参数对稳定性的影响28-40
• 4.2.1 被动钳体厚度分析32-34
• 4.2.2 被动钳体宽度分析34-37
• 4.2.3 被动钳体的密度分析37
• 4.2.4 被动钳体综合参数的交叉作用37-39
• 4.2.5 结构参数配对后钳体对振动的影响39
• 4.2.6 参数对钳体固有频率的影响39-40
• 4.3 本章小结40-41
• 5 制动器钳体结构优化设计41-58
• 5.1 制动器主体结构分析过程41-46
• 5.1.1 制动器主体有限元模型的建立41-42
• 5.1.2 制动器主体单元型号的选择、网格划分42-44
• 5.1.3 制动器主体边界条件的定义44
• 5.1.4 制动器接触对的建立44-45
• 5.1.5 制动器主体结构分析结果45-46
• 5.2 制动器主体模态分析46-48
• 5.3 制动器结构拓扑优化48-57
• 5.3.1 连续体结构拓扑优化方法48-50
• 5.3.2 HyperWorks软件拓扑优化的主要步骤50-51
• 5.3.3 制动器拓扑优化前处理51-53
• 5.3.4 制动器结构拓扑优化结果53-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 制动器钳体外形设计58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

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