变风载下2.5MW风力发电机行星齿轮传动系统动力学特性分析

根据2.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,利用双参数威布尔分布模型描述随机风速的分布,获得由随机风速引起的时变风载。采用集中参数法建立风力发电机行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型。综合考虑风力发电机行星齿轮传动系统的轴承支撑刚度、齿轮副时变啮合刚度等内部激励对传系统的影响,对变风载下2.5 MW行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真计算分析,求得在外部风载作用下各构件的位移响应与速度响应,为风力发电机行星齿轮传动系统的故障诊断和优化设计奠定了良好的理论基础。     

人字齿行星齿轮传动系统振动特性研究

通过对人字齿行星齿轮传动系统多重啮合间相位关系的分析,给出了考虑啮合相位的时变啮合刚度计算公式。考虑误差激励和时变啮合刚度激励,在行星架随动坐标系中建立了人字齿行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型。针对两组不同啮合相位的行星齿轮传动系统,采用傅里叶级数法求解其动力学模型,得到频域解和时域解,且分析啮合相位对人字齿行星齿轮系统振动特性的影响。     

系统刚度对行星齿轮传动振动特性影响研究

为了分析齿轮啮合刚度、支承刚度对行星传动系统振动特性的影响,建立了基于人字齿行星传动的平移一扭转耦合的动力学模型.在动力学模型中,每个运动构件假定有3个自由度,同时考虑各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度等影响因素.根据各构件的运动方程建立传动系统的动力学微分方程,并对其进行特征值问题求解,获取行星传动系统振动特性.     

计入齿圈柔性的直齿行星传动动力学建模

为揭示齿圈柔性对传动系统动态性能的影响,在系杆随动坐标系下建立计入齿圈柔性的直齿行星传动精细化动力学模型,建模中计入时变啮合刚度、支承刚度、陀螺效应和齿圈柔性等诸多影响因素。采用有限段单元的离散化建模方法,将连续体的柔性齿圈离散成由等效虚拟弹簧连接的刚性齿圈段,并推导齿圈段与行星轮的啮合判据。通过分析各构件间的相对位移关系及其受力,最终建立系统的运动微分方程。以三行星轮的NGW型直齿行星传动为例对其进行固有特性分析,得出系统的低阶固有频率分布及相应的振动模式,并进一步分析齿圈柔性和安装方式对系统固有特性的影响。研究结果表明,直齿行星传动的振型可归结为中心构件(太阳轮、系杆)扭转振动和中心构件平移振动两种模式,两种模式下齿圈和行星轮均做复杂平面振动;齿圈的柔性会降低系统的低阶固有频率,且其影响程度与齿圈安装方式有关,齿圈完全固定时其影响最小,径向浮动或周向转动时影响较明显。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立了考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度、综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到了各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力,并求得齿轮的使用系数、齿轮和轴承的载荷系数。在此基础上,建立了基于动力学的风电齿轮传动系统可靠性评估模型,并求得了各零件及传动系统的可靠度,较全面地评价了随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统的可靠性,为风力发电机齿轮传动系统可靠性设计和动态优化奠定了基础。     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

基于动力学的风力发电机齿轮传动系统模糊可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮)轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。在此基础上,利用有限单元法、赫兹接触理论和数理统计理论得到了传动系统各齿轮和各支承轴承的动态接触力的概率分布,基于应力)强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统关键零部件的模糊可靠性模型,并计算了关键零部件及系统的模糊可靠度。     

考虑多轴柔性的人字行星齿轮传动系统动态特性研究

基于有限单元法,建立了一种全自由度人字行星齿轮传动系统动力学模型。模型将时变啮合刚度、综合啮合误差和啮合相位作为动态激励,分析了太阳轮轴柔性和行星轮轴柔性对人字行星齿轮传动系统中内外啮合动态啮合力和动态传递误差的影响。结果表明:轴的柔性变形对人字齿轮行星传动系统的动态特性具有显著影响,考虑轴柔性后,人字齿轮左右两侧斜齿的均载性能得到显著改善,且太阳轮轴柔性比行星轮轴柔性对均载性能的影响明显。     

3K-Ⅱ型直齿行星齿轮传动的固有特性

为揭示3K-Ⅱ型直齿行星齿轮传动的固有特性,建立该类传动系统在系杆随动参考坐标系下的平移-扭转耦合动力学模型.模型设定系统中每个构件均拥有3自由度,并计入各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素.通过分析各构件间的相对位移关系,推导出系统的运动微分方程,进而求解其特征值问题即可获知系统的固有频率和相应振型.固有特性分析表明,3K-Ⅱ型行星齿轮传动具有与2K-H行星齿轮传动类似的三种典型振动模式,即扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式.列出三种典型振动模式下传动系统的运动特征.     

重载工况下行星齿轮传动啮合偏载分析

为了深入研究重载行星齿轮传动多柔体变形下齿面载荷分布规律,提出一种计入结构柔性与齿轮副动态接触的行星齿轮传动耦合动力学建模方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,根据内齿圈、行星架结构及其边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿、行星架耦合点与弹性支撑之间的关联关系,利用齿轮副动态承载接触作为界面协调条件将各构件进行耦合,建立行星齿轮传动耦合动力学模型,分析了啮合偏载现象以及结构参数对啮合特性的影响。研究结果表明,作用在行星轮上的合弯矩以及行星架销轴非对称结构变形是造成啮合偏载的主要原因,系统共振会加剧啮合偏载程度;在共振区附近,齿轮动态啮合刚度与静态啮合刚度存在较大差异;增加销轴刚性、增大螺旋角可以改善啮合偏载程度,减小共振区系统振动,但在低转速区不利于系统减振,而增大行星架连接板刚性可以保持低转速区系统振动状态,同时减小共振区系统振动。     

考虑结构柔性的行星轮系齿轮啮合特性分析与优化

以某AT变速器行星轮系为研究对象,利用有限元法分析了行星架、齿圈和壳体的动态特性.并结合模态实验,验证了壳体有限元模型的准确性.建立了AT行星轮系动力学分析模型并进行了接触斑点实验,通过仿真与实验接触斑点结果对比分析得出,小太阳轮-短行星轮、长行星轮-齿圈齿轮副的啮合斑点基本一致且存在明显的偏载现象.通过导入柔性行星架、齿圈和壳体有限元模型得到了完整的AT变速器动力学模型,重点分析了行星架、齿圈、壳体柔性对行星齿轮传递误差、啮合错位量等啮合特性参数的影响,结果表明,壳体柔性和齿圈柔性变形对齿轮啮合错位以及传递误差的影响最为显著,行星架柔性影响次之.通过提高支撑轴承刚度、轴承预紧力和齿轮参数优化的方法,改善了行星轮系齿轮啮合特性,优化了行星轮系齿轮强度以及AT变速器NVH性能.     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

带有柔性齿圈和行星架的直齿和斜齿行星传动的模拟

本文提供可以仿真具有变形零件的直齿和斜齿行星齿轮周转齿轮的三维静态和动态性能的模型。通过三维有限元方法得出的结构求出齿圈和行星架的变形分布。根据模型的转化技术,通过考虑到轮齿接触弹性原则,由连接齿圈结构和行星轮分块参数模型限定内齿轮元件。沿接触线导出离散的啮合刚度和当量法面偏差,并把啮合齿面位置作为随时间变化再计算它们的数值。采用约束基础技术仿真一个连接行星轮中心的行星架,用组合板块参数太阳轮／行星齿轮和沿轴装零件集成刚度,质量和惯量完善行星齿轮／周转齿轮模型。对整个啮合仿真用综合时间一分级积分框图和接触算法解相应的运动方程式。得出的一些准静态和动态的结果表明所推荐的混合模型的趋向和考虑齿圈和行星架变形的重要性。     

细高齿齿轮啮合刚度及动态特性研究

为了研究细高齿齿轮的振动特性,以一对标准齿齿轮和细高齿齿轮为对比研究对象,建立直齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;采用有限元方法求解细高齿齿轮的时变啮合刚度,分析了负载对刚度的影响规律;通过Newmark-β时间积分法计算齿轮的振动响应,对比标准齿齿轮和细高齿齿轮传动系统的轴承动载荷及齿轮啮合激励,求解了不同转速下两对齿轮系统的输入、输出轴承动载荷。结果表明,细高齿齿轮啮合为两齿-三齿交替接触,刚度变化减弱;轴承动载荷波动幅值较标准齿大幅降低,啮合频率及其倍频幅值明显下降,轮齿间啮合力减小。     

含裂纹故障齿轮的风力发电机传动系统动力学特性研究

为了更好地研究轮齿齿根裂纹对齿轮传动系统动态特性的影响,将风力发电机增速齿轮箱中一对啮合轮齿作为研究对象。运用改进能量法计算含有齿根裂纹齿轮的齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和传动误差影响,建立含有齿根裂纹故障的齿轮传动系统6自由度动力学模型。利用四阶Runge-Kutta法对建立的齿轮系统微分方程进行积分求解,得到齿轮系统动力学响应。通过幅频响应曲线、时域图及频域图,综合分析了含有不同深度裂纹故障的齿轮传动系统的动力学特性。最后,通过试验验证齿轮系统理论仿真的正确性,从而为风力发电机齿轮箱中的齿轮系统裂纹故障识别提供理论依据。     

多级行星齿轮系统耦合动力学分析与试验研究

基于齿轮啮合理论和Lagrange方程,考虑各级齿圈扭转支撑刚度,提出运用集中参数法建立多级行星齿轮—箱体耦合扭转动力学模型。在分析多级行星齿轮啮合相位关系的基础上,确定各齿轮对时变啮合刚度,并运用有限元法获取各齿圈扭转支撑刚度。行星齿轮传动误差表示为轴频和齿频叠加的谐波函数,分析多级行星齿轮传动的主要激励特征。针对盾构机三级行星减速器某施工地段的运行条件,求解行星齿轮系统的动态响应,并分析其时频特性。采用背靠背能量回馈试验台架测试方案,测量盾构机行星减速器的振动加速度,采用数值积分计算振动速度和位移,并分析其振动特性。研究表明盾构机行星减速器振动试验数据与计算结果具有良好的一致性,验证多级行星齿轮系统耦合动力学模型的准确性。     

采煤机截割部机电传动系统动力学特性分析

针对采煤机截割机电传动系统动载荷大易于损坏的特点,提出一个行星齿轮变速过程扭转动力学模型,建立包含电动机、齿轮传动系统和滚筒的采煤机截割机电传动系统动力学模型,并对冲击载荷下采煤机截割机电传动系统的动力学特性进行仿真,研究电动机-齿轮传动系统的连接刚度和阻尼以及齿轮啮合刚度对采煤机截割机电传动系统动力学特性的影响,最后提出了减小采煤机截割部机电传动系统的动态啮合力冲击的方法,以减少采煤机截割传动系统的破坏。啮合冲击力可以分成两类:时变啮合刚度引起的啮合冲击力和冲击负载引起的啮合冲击力。可以通过减少啮合刚度的变化(比如采用人字齿轮)来降低时变啮合刚度引起的动态啮合力冲击;选取合适的电动机-齿轮传动系统连接阻尼和较小的电动机-齿轮传动系统连接刚度来减小冲击负载引起的动态啮合力冲击。     

啮合相位对人字齿行星齿轮传动系统均载的影响

基于集中参数法建立了人字齿行星齿轮传动系统平移-扭转耦合非线性动力学模型,模型中考虑了人字齿行星齿轮传动系统多重啮合间相位关系,提出了计入啮合相位的时变啮合刚度,综合考虑了各构件的支撑刚度、误差激励。研究了啮合相位对人字齿行星齿轮均载的影响,结果表明:理想啮合状态下,均布式人字齿行星齿轮系统中,啮合相位系数为0时,系统均载系数为1,同时抑制了系统平移振动;非均布式人字齿行星齿轮系统中,啮合相位系数为0时,系统均载系数为1,同时抑制了部分平移振动。无啮合相位差的人字齿行星齿轮系统均载系数较相位差不为0时小。微调行星齿轮的几何相位,不改变系统传动比及尺寸;调整行星齿轮齿数关系,虽系统的传动比及尺寸略有变化,但系统的均载系数更小,同时抑制系统了平移振动。在单级人字齿行星齿轮试验台上对不同啮合相位的行星齿轮系统进行了均载试验研究,验证了理论分析结果的有效性。     

履带车辆双排行星齿轮传动系统非线性动力学模型与方程

以履带车辆传动系统中的双排行星齿轮机构为研究对象,综合考虑行星齿轮中各齿轮副的时变啮合刚度、齿侧间隙及综合啮合误差等非线性因素,建立双排行星齿轮传动系的非线性动力学模型。根据履带车辆双排行星齿轮机构的工作原理,文中模型在第一行星排行星架固定和第二行星排内齿圈固定两种工况下分别将原系统简化为单排行星齿轮系统和单排行星轮系来处理,推导了两种工况下系统的运动微分方程,并对方程进行了量纲一化以方便后续的数值计算,最后对系统在某组参数下的动载、均载特性进行了仿真研究。