风力发电机齿轮箱传动系统振动的动力学建模

由于风电齿轮箱传动系统变载变速的特点,使得风电齿轮箱传动系统长期处于较为复杂的变载荷作用下而产生振动,这些振动将会引起齿轮箱传动系统内部结构的损坏。将风电齿轮箱传动系统分解为三级齿轮传动,采用集中质量参数法,在综合考虑齿轮啮合刚度、齿轮啮合误差以及支撑轴承非线性等因素的共同影响下,建立了具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承系统耦合的非线性动力学模型,利用拉格朗日方程推导了整个风电齿轮箱传动系统的动力学方程,并利用Runge-Kutta对其进行了动力学分析。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。     

变载工况下CST齿轮传动系统的动态特性

为分析可控启动装置(CST)齿轮传动系统在变载工况下的动态响应特性,以重型刮板输送机变载工况为例,建立了齿轮传动系统虚拟样机模型,开展其动力学仿真分析,得到齿轮动态啮合力、行星轮振动响应和轴承动态载荷。结果表明,齿轮啮合力的动态变化与实际齿轮传动的轮齿啮合力变化情况一致;行星轮的动态响应表现了齿轮系统的扭转振动情况;轴承支反力受齿轮啮合力的影响,二者动态变化相同。通过对CST齿轮箱进行变载工况试验,所得齿轮啮合频率与仿真结果相近,验证了模型的正确性,仿真结果可为CST齿轮传动系统的动态性能优化设计提供理论依据。     

风电齿轮箱齿轮修形设计及研究

通过研究分析轴齿轮的变形,从而确定轴齿轮的螺旋线修形;通过齿轮动力学数学建模为传动误差提供理论基础。对某2 MW风电齿轮箱输出齿轮副齿轮进行齿轮修形设计;利用KISSsoft软件对齿轮副进行齿廓修形,根据MASTA软件对某2 MW风电齿轮箱进行建模,根据输出轴齿轮变形及相关公式设计输出齿轮轴齿轮的螺旋线修形;根据风电齿轮箱仿真分析比较修形前后齿轮齿面载荷分布、传动误差各项性能指标。根据某2 MW风电齿轮箱的试验研究分析各个工况下输出端振动速度的情况以及齿轮啮合情况,分析确定修形的合理性。     

行星传动系统振动信号数学模型及特征频率分析

在行星传动系统振动信号频谱中,存在类似于定轴齿轮传动系统故障信号的调制边带。为了研究行星齿轮传动系统的振动机理,深入研究行星齿轮啮合过程振动信号的传递特点,通过试验与仿真,分析验证了齿圈固定式行星齿轮箱振动信号受传递路径影响的变化规律,结合行星齿轮啮合过程中啮合力的周期性变化影响,推导了行星齿轮传动系统振动信号数学模型。通过仿真分析了两种不同结构类型行星齿轮传动系统振动信号的频谱特性,并分析了啮合频率周围调制边带产生的原因。最后进行了风电齿轮箱的现场测试,通过分析实测振动信号验证了所建立数学模型计算结果的正确性。     

冲击载荷作用下齿轮传动系统动力学仿真分析

冲击载荷常常是引起齿轮传动系统寿命缩短的主要原因。通过Pro/E软件对可控软启动齿轮箱传动部分建立虚拟样机三维传动模型,利用ADAMS对齿轮传动系统在冲击载荷作用下开展动力学仿真。求解齿轮传动系统各级传动角速度、啮合力及其频谱曲线,对比有无冲击载荷作用下各级齿轮啮合力及其频域特性的变化情况,得到冲击载荷使得齿轮啮合频率处振动能量明显增大。仿真结果与理论分析结果接近,可为后续考虑冲击载荷作用的齿轮疲劳寿命估算提供数据支持。     

大型风电齿轮箱耦合固有特性仿真分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其振动特性会影响整个机组的运行,因此研究齿轮箱系统的固有特性具有重要意义。在大型风电齿轮箱三维实体模型的基础上,采用弹簧模拟轴承的方式把传动系统和箱体耦合起来,建立该齿轮箱齿轮—传动轴—轴承—箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,运用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析得到系统固有频率和固有振型。通过计算齿轮啮合频率分析得出齿轮箱系统在高阶振型中产生共振现象,为大型风电齿轮箱的优化设计提供理论依据。     

风力发电齿轮箱系统耦合非线性动态特性的研究

对大型风力发电机齿轮箱传动系统进行分析研究,以齿轮啮合原理、齿轮系统动力学和非线性动力学的理论为依据,在考虑齿轮系统时变刚度、齿侧间隙和制造误差的基础上,建立了具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮—传动轴—箱体系统耦合非线性动力学模型。在考虑系统内部激励的情况下对整个耦合系统动态特性进行了研究,为齿轮系统动态性能优化提供了理论依据。     

考虑时变刚度的齿轮振动响应仿真分析

利用MASTA软件建立齿轮传动系统实体模型,并在MASTA环境下调用ANSYS软件完成齿轮传动系统刚度有限元分析,计算得到由齿轮时变啮合刚度引起的传动误差,以此作为齿轮箱体响应分析的激励源,利用ANSYS软件对箱体进行振动响应分析,分析了时变刚度对箱体振动响应的影响.本文所采用的方法,可用于实际工程中分析预估齿轮传动装...     

面向最小动态传递误差波动量的风电齿轮修形研究

提出了一种面向最小动态传动误差波动量的风电齿轮修形方法。首先,采用子结构综合法,将风电齿轮箱划分为行星级和高、低速平行轴斜齿轮级传动子系统,运用多体动力学方法建立了风电齿轮箱的多体动力学模型;进而依托该模型对传动系统的动态特性和啮合性能进行了仿真,获得了各齿轮副的动态传递误差、齿轮损伤率和安全系数。在此基础上,以传动系统动态传动误差波动量最小为优化目标,以齿轮可靠性为约束条件,对齿轮箱中各齿轮进行了三维修形研究。借鉴正交试验原理,确定了齿轮的齿廓修形和齿向修形参数的匹配方案。分析结果表明,采用该修形方案可显著降低传动系统的动态传动误差,改善齿面载荷分布,提高传动件的可靠性。     

考虑时变啮合刚度的齿轮动态啮合力分析

以某型300 k W矿用挖掘机提升机构减速器两级齿轮传动系统为研究对象,在运用石川法对齿轮传动啮合刚度进行分析的基础上,通过分析时变啮合刚度对齿轮传动系统动态啮合力的影响,为进一步分析该传动系统非线性振动问题打下基础。     

兆瓦级风电齿轮箱低速中间轴的动态误差分析

针对传动系统激励与响应不同步问题,不计传动部件阻尼因素,在只考虑构件柔性的前提下,对1.5MW风电齿轮箱内悬浮支撑的低速中间轴激起的系统动态误差进行了研究。采用达朗贝尔原理建立动态误差数值递推模型,应用MATLAB对模型进行模拟和分析,并利用等效系统对比验证。分析结果表明:齿轮箱动态误差不仅同系统固有参数相关,其幅值还受到外载荷的影响;同步误差分量和自由振动误差分量线性叠加构成了系统动态误差,其中自由振动误差分量会引起齿轮啮合的随机波动,若增大低速中间轴刚度,可补偿部分同步误差,进而提高传动系统稳定性和传动精度。     

基于动态传动误差的齿廓修形直齿轮动态特性分析

建立了含齿廓修形的单级直齿轮传动系统的非线性动态分析模型,该模型包含直齿轮的时变啮合刚度、轮齿侧隙、静态传动误差和陀螺力等因素,并基于非线性振动理论,利用动力学方程数值解析方法求解了直齿轮传动系统的动态传动误差,对比分析了有无齿廓修形对齿轮传动系统动态传动误差的影响。同时构建了动态传动误差测量系统,进行动态传动误差测试。通过将理论计算结果和试验分析结果对比,得到结论:对直齿轮进行合适的齿廓修形可以减小系统的动态传动误差,改善齿轮传动系统的动态性能。     

斜齿轮-转子-轴承弯扭轴耦合振动特性分析

为研究风电齿轮箱中高速级斜齿轮传动系统的动力学特性,在同时考虑输入/输出扭矩的时变性、齿轮偏心、综合传递误差、重力激励以及支撑轴承的非线性等因素的影响下,应用集中质量参数法建立了多自由度斜齿轮-转子-轴承弯扭轴耦合的动力学模型。在此基础上推导了风电齿轮箱高速级斜齿轮传动系统的动力学微分方程,并分析了转速、齿轮偏心、轴承游隙等参数对传动系统振动响应特性的影响。研究结果表明:由于弯扭轴耦合的作用,传动系统中扭转振动位移明显大于横向和轴向振动位移,故系统以扭转振动为主。随着转速的逐渐升高,振动位移显著增大,频率幅值发生明显的波动并且在转频附近出现了连续谱。随着偏心的增大,系统中各位置振动幅值明显增加,但对扭转方向的影响大于对横向和轴向振动的影响。轴承游隙对斜齿轮系统的动态特性影响不大,但轴承有其自身的谐振频率,在系统设计阶段需要注意避开轴承的变刚度频率对系统的影响。研究结果为风电齿轮箱传动系统的动态特性分析和故障诊断奠定了一定的基础。     

3MW风电齿轮箱的动力学分析

建立了3MW风电齿轮箱的动力学模型,以齿轮系统的传动误差为激励源,分别求得了由第一级和第二级齿轮啮合传动误差引起的加速度响应,并对其模态柔度进行了分析。通过对系统的共振性能进行详细分析,表明系统的振动峰值是由于第二级齿轮啮合频率和系统的第18阶和第19阶固有频率发生共振引起的。对风电齿轮箱的动力学分析及进一步的优化设计具有一定的参考和帮助。     

含侧隙及时变刚度的多级齿轮非线性响应分析

对二级齿轮传动系统的物理模型进行简化,考虑啮合过程中的时变啮合刚度、齿轮动态综合误差以及齿侧间隙引起的非线性影响,建立二级齿轮传动系统的数学模型.给定齿轮的基本参数,确定动力学方程中的各个参数,对时变啮合刚度的求解采用了基于材料力学的Web能量法.对非线性方程组采用降阶后的四阶Runge-Kutta法,运用MatLAB进行数值仿真,对仿真得到的结果与理论分析进行对比.考虑到齿轮传动所引起的振动对整体系统的影响,分析系统的动态啮合力与系统转速的关系,确保系统在合理的转速下运行.     

考虑冲击载荷的CST齿轮传动系统动力学仿真研究

齿轮传动是机械传动中普遍采用的传动方式,而冲击载荷是造成其寿命缩短的主要原因。通过建立可控软启动(CST)齿轮箱传动系统虚拟样机三维模型,利用ADAMS对齿轮传动系统进行动力学仿真,研究冲击载荷对齿轮啮合力及其频域特性的影响,获得各级传动角速度和啮合力及其频谱曲线。仿真结果与理论值相近,验证了模型的正确性。冲击载荷使得振动能量增大,对应于其啮合频率处啮合力幅值增大。研究成果为后续考虑冲击载荷作用的齿轮疲劳强度计算提供数据支持。     

基于ITI SimulationX的变速器齿轮振动噪声仿真研究

在ITI SimulationX中构建整车动力传动系统模型,并通过仿真计算,得出变速器齿轮在传动过程中驱动齿轮轮齿左右两侧界面所受法向力的变化,得出齿轮的啮合振动频率和异响噪声规律,可为研究变速器齿轮非线性振动噪声提供一定参考.     

不同重合度下系统参数对人字齿传动非线性动态特性的影响

重合度是反映齿轮副同时参与啮合轮齿对数多少的重要参数。合理选择适当的重合度可以改善传动承载能力并保证传动平稳性,从而提高齿轮传动系统的性能和可靠性。而分析不同重合度下系统参数对系统振动特性的影响,对优化传动系统性能、提高工作效率和降低故障风险具有重要意义。本文将轮齿啮合性能和动态特性相结合,首先,确定人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励,采用集中参数法建立复杂激励源下的人字齿轮副弯-扭-轴耦合非线性动力学模型;然后,对非线性动力学方程进行消除刚体位移和无量纲化处理;最后,研究了不同重合度下系统参数对系统动态特性的影响。研究表明,当重合度由2.72变为3.08时,齿轮副综合相对振动加速度均方根值均降低达40%左右。可见,增大齿轮副重合度能提高系统的稳定性。此外,随着系统参数变化,增大齿轮重合度能消除系统存在的跳跃现象,并降低跳跃和共振峰的幅值。     

带式啮合介质齿轮传动动力学性能分析

针对带式啮合介质齿轮传动中存在的动力学性能问题,首先建立了考虑齿轮啮合刚度、误差激励、介质带阻尼等参数的带式啮合介质齿轮传动系统简化振动模型,然后利用Solidworks软件对带式啮合介质齿轮传动系统进行了实体建模,最后导入ANSYS有限元分析软件对该模型进行了动力学性能分析仿真。研究结果表明：介质带的存在没有改变齿轮传动过程中的应力变化规律;带式啮合介质齿轮传动相比普通渐开线齿轮传动,其振动幅度减小,振动周期增大,介质带的存在改变了传动系统啮合刚度和啮合阻尼,起到了减振降噪的作用。