發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 08:32

【摘要】：隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展,維護(hù)和宕機(jī)成本的提高,對(duì)于齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命的要求越來(lái)越高。機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響成為目前的研究熱點(diǎn)。風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)中輸出高速軸的綜合性能也影響系統(tǒng)傳動(dòng)精度和可靠性。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱而言,在隨機(jī)風(fēng)速的高空環(huán)境中,傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和輸出高速軸的綜合性能對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和精度的影響尤為重要。本文以一級(jí)行星兩級(jí)平行齒輪箱為基礎(chǔ),取兩級(jí)平行斜齒輪和輸出高速軸作為研究對(duì)象,研究動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響和輸出高速軸綜合性能的影響,為該型風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)、優(yōu)化等提供理論參考。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:首先,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)各種激勵(lì)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行闡述,改進(jìn)直齒輪嚙合時(shí)變剛度計(jì)算公式,建立計(jì)算斜齒輪平均嚙合剛度的公式,求取兩對(duì)斜齒輪的平均嚙合剛度,然后對(duì)時(shí)變嚙合剛度進(jìn)行Fourier計(jì)數(shù)數(shù)值模擬。誤差和阻尼進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和數(shù)值模擬的近似處理。其次,建立含有齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度、阻尼、誤差的兩級(jí)斜齒輪純扭轉(zhuǎn)非線性動(dòng)力學(xué)模型,并依據(jù)模型運(yùn)用Newton定律,建立動(dòng)力學(xué)微分方程,采用Newmark數(shù)值法求解,獲得系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果。綜合運(yùn)用嚙合力、位移時(shí)間歷程圖,相圖和FFT圖,分析齒側(cè)間隙、阻尼和誤差對(duì)該系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)特性的影響,獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)齒輪受力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響規(guī)律。第三,對(duì)速度、間隙和間隙變化方式對(duì)兩斜齒輪接觸力影響進(jìn)行了探討。取低速、中速、高速三個(gè)速度分析對(duì)兩齒輪從啟動(dòng)階段到穩(wěn)定階段時(shí)的接觸力變化規(guī)律。傳動(dòng)系統(tǒng)中存在單對(duì)齒輪間隙變化和兩對(duì)齒輪間隙同時(shí)變化方式,針對(duì)間隙變化方式和間隙對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析,獲得間隙變化對(duì)齒輪接觸力的影響規(guī)律、不同間隙變化方式對(duì)齒輪接觸力的影響規(guī)律及不同間隙變化方式隨間隙變化對(duì)齒輪接觸力的影響規(guī)律。不同間隙的兩對(duì)齒輪用Ansys做靜力分析,結(jié)合仿真結(jié)果確定齒輪合理的嚙合間隙范圍,為齒輪箱設(shè)計(jì)加工提供參考。最后,在傳動(dòng)系統(tǒng)輸出高速軸綜合性能的分析中,研究軸承支撐剛度變化對(duì)軸頻率和模態(tài)的影響規(guī)律以及速度對(duì)軸節(jié)點(diǎn)渦動(dòng)影響規(guī)律,結(jié)合Ansys中對(duì)高速軸的模態(tài)分析,合理的選擇支撐剛度范圍、轉(zhuǎn)速范圍和容易發(fā)生變形的位置。根據(jù)結(jié)果給軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【圖文】：

風(fēng)力發(fā)電廠一般都建立在風(fēng)力資源較豐富、人煙稀少的廣袤地帶，由于天氣惡劣的原因?qū)е嘛L(fēng)速隨機(jī)變化，為了準(zhǔn)確研究風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，就必須保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸入載荷的準(zhǔn)確性，所以計(jì)算隨機(jī)風(fēng)速下的輸出功率。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率是動(dòng)態(tài)激勵(lì)，傳動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)激勵(lì)的作用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng)。特別對(duì)風(fēng)電機(jī)組多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)激勵(lì)的影響更加明顯，為了研究風(fēng)電機(jī)組齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，熟悉動(dòng)態(tài)激勵(lì)的類型和產(chǎn)生機(jī)理是首要問(wèn)題。齒輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)、外部激勵(lì)都是動(dòng)態(tài)激勵(lì)。內(nèi)部激勵(lì)主要是由誤差，齒側(cè)間隙等因素引起，分為剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)等，它是齒輪嚙合的主要?jiǎng)討B(tài)激勵(lì)。外部激勵(lì)是由于輸入轉(zhuǎn)速變化和系統(tǒng)中的零部件不穩(wěn)定等原因產(chǎn)生。由于齒輪嚙合存在各種激勵(lì)，產(chǎn)生的激勵(lì)頻率有可能會(huì)引起個(gè)別部件的共振。為了避免這種情況，讓系統(tǒng)穩(wěn)定工作，研究動(dòng)態(tài)激勵(lì)、阻尼的特性和作用是必要的。本文以某 2MW 風(fēng)電機(jī)組一級(jí)行星兩級(jí)平行軸的齒輪箱為基礎(chǔ)，選取兩級(jí)平行斜齒輪為研究對(duì)象，圖 2.1a)為該型風(fēng)電齒輪箱的三維模型，b)為兩級(jí)平行斜齒輪的三維模型。

圖 2.2 兩對(duì)斜齒輪的時(shí)變嚙合剛度通過(guò)式(2.11)，利用Matlab軟件繪制兩對(duì)斜齒輪的時(shí)變嚙合剛度變化圖，如上圖2.2所示。2.3.2 誤差激勵(lì)由于齒輪的受力變形，使齒輪的傳動(dòng)比出現(xiàn)小幅度的變化，傳動(dòng)角度也出現(xiàn)偏差。這種偏差就是誤差，在齒輪工作過(guò)程中產(chǎn)生的激勵(lì)就是誤差激勵(lì)。誤差激勵(lì)不但影響齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定而且會(huì)引起齒輪振動(dòng)和噪聲的出現(xiàn)。因此，研究誤差激勵(lì)是分析齒輪動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH132.41

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