【摘要】： 隨著能源和環(huán)境問題日趨嚴峻,風力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展,風力發(fā)電機作為風力發(fā)電系統(tǒng)的核心關鍵設備,由于其特殊的變載荷使用工況和高空架設等使用環(huán)境,要求具有長壽命(15～20年),高可靠性,重量輕,易維護及經(jīng)濟性,然而,國產(chǎn)化設計制造的風力發(fā)電機卻不能滿足這些條件。因此,研究變載荷條件下風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性評估及參數(shù)優(yōu)化設計成為解決當今國內(nèi)風電設備設計制造問題的迫切任務之一。 論文課題受國家自然科學基金項目和國家支撐計劃項目資助,以1.5MW風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,在風電場風速變化引起的變載荷使用工況下,對系統(tǒng)的可靠性評估和參數(shù)優(yōu)化設計問題進行研究,為風力發(fā)電機的國產(chǎn)化設計制造提供科學合理的方法和理論基礎。 具體的研究工作如下: ①建立系統(tǒng)的彈性動力學模型,計入系統(tǒng)每個構件的平移自由度和扭轉自由度,針對風力發(fā)電的特性,詳細分析由風速變化引起的外部激勵因素,同時還考慮剛度激勵、誤差激勵以及阻尼對系統(tǒng)動力學的影響。 ②采用模態(tài)疊加法求解系統(tǒng)的動力學微分方程,給出在風載變化條件下,齒輪使用系數(shù)、動載系數(shù)和滾動軸承載荷系數(shù)的表達式,為載荷系數(shù)的取值提供科學合理的方法。 ③對系統(tǒng)進行失效模式及影響分析(FMEA),在考慮風載變化條件下,建立系統(tǒng)的可靠性評估模型,相對于現(xiàn)有的可靠性評估模型,該方法更加準確合理。 ④以體積(重量)最小為目標函數(shù),以可靠性和等強度為約束條件,建立變工況下系統(tǒng)基于動力學的參數(shù)優(yōu)化設計模型,并利用matlab的優(yōu)化工具箱對其進行優(yōu)化,優(yōu)化后的設計參數(shù)能明顯地降低系統(tǒng)的體積(重量)。 ⑤給出系統(tǒng)詳細的實例設計過程,并與常規(guī)設計方法進行比較,結果證明本論文的可靠性評估方法比常規(guī)可靠性評估方法更加準確,優(yōu)化后的設計參數(shù)能有效地提高系統(tǒng)的可靠度,明顯降低系統(tǒng)的重量和體積。表明本論文的研究成果為國產(chǎn)化風力發(fā)電設備的設計制造提供了一條有效的途徑。
【圖文】：

圖 2.3 行星齒輪傳動系統(tǒng)的物理模型和坐標系.3 Physics model and coordinate system of the planet gear transmission systempic,θ——分別為太陽輪、內(nèi)齒輪和行星輪相對行星架的回轉角位移；行星架的回轉角位移；—太陽輪與第 i 個行星輪之間的時變嚙合剛度；—內(nèi)齒輪與第 i 個行星輪之間的時變嚙合剛度；—太陽輪與第 i 個行星輪之間的粘性阻尼；—內(nèi)齒輪與第 i 個行星輪之間的粘性阻尼；—內(nèi)齒輪與第 i 個行星輪之間的綜合嚙合誤差；—太陽輪與第 i 個行星輪之間的綜合嚙合誤差；y——行星架徑向剛度；y——行星架徑向阻尼；——太陽輪徑向剛度；

1.5MW風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的兩級斜齒輪傳動采用定軸齒輪傳動，為了考慮影響滾動軸承載荷系數(shù)、齒輪使用系數(shù)和動載系數(shù)的因素，模型考慮斜傳動的扭轉變形、徑向變形和軸向變形。這樣包括斜齒輪4、斜齒輪5、斜齒和斜齒輪7共16個自由度。坐標系和方向的定義由于兩級斜齒輪傳動系統(tǒng)屬于定軸輪系，所以采用絕對坐標。斜齒輪 4、斜齒輪齒輪 6 和斜齒輪 7 的旋轉角位移為( )θh4,56,7h意義下同h= ,,，軸向位移為 zh，位移為 x,yhh，在定義角位移時，以輸入轉矩作用下各個構件產(chǎn)生的運動方向自的正方向，各個嚙合作用線上的相對位移的方向則規(guī)定齒面受壓時為正方徑向和軸向位移以坐標系的正方向為正方向①②③。斜齒輪副物理模型圖基于以上分析，，在考慮阻尼、綜合誤差和各種激勵的情況下，利用集中質(zhì)量法建立如圖 2.4、2.5 所示的物理模型及坐標圖④。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH132.41

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本文編號：2657963