风电行星齿轮系统变载荷激励动力学模型及其响应特性

针对风电行星齿轮系统变载变速的运行特点,通过分析系统构件为刚体和弹性体时的受力情况,应用运动合成原理,提出了变载荷激励下行星齿轮系统动力学模型的建立方法,并推导出系统的运动微分方程。在此基础上,分析了行星齿轮系统的内外部激励因素及其对系统动载荷和动载系数的影响机理。计算并分析了某MW级风电行星齿轮系统的动态响应,结果表明：系统的时变啮合刚度和时变轴承刚度主要影响响应频率的数值大小和系统的振动能量;外部变载荷使响应频率中存在明显的低频成分,并影响各阶振动间的能量分配;齿轮啮合力的动载系数主要受到外部变载荷的影响,而轴承力的动载系数同时受到系统内部激励和外部激励的影响。研究结果为风电齿轮箱的疲劳寿命分析和动态优化设计奠定了基础。     

变载荷激励下齿轮削齿故障动力学特性研究

为了掌握变载荷激励下齿轮削齿故障动力学特性,考虑削齿故障引起齿轮质量不平衡和对齿轮系统啮合刚度的影响,建立了含削齿故障的四自由度齿轮动力学模型。在此基础上,采用变步长的四阶Runge-Kutta法对齿轮削齿模型进行数值仿真求解,研究了含削齿齿轮故障的动力学机理。通过空载和变载荷激励下齿轮削齿动力学特性对比,分析了齿轮削齿故障下的动力学特性。结果表明,变载荷激励下,齿轮削齿系统具有明显的低频成分,并且变载荷幅值越大,低频成分越明显;齿轮的振动位移与变载荷激励有相似的变化趋势。变载荷激励大小对齿轮削齿动力学特性也有影响,变载荷幅值越大,齿轮的时域图中的冲击现象和调制现象越不明显。此外,随着变载荷激励幅值变大,频谱图中边频带由削齿齿轮的转频变为外部载荷变化的频率。因此,对于齿轮故障诊断,应尽量在稳定负载工况下进行故障诊断。     

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。     

变载荷激励下齿轮传动系统齿根裂纹故障动力学特性分析

根据齿轮裂纹会引起齿轮系统的时变啮合刚度变化这一特性,建立了含齿根裂纹故障单级齿轮传动系统的四自由度动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行了研究。采用变步长的四阶龙格—库塔法对齿轮裂纹故障进行仿真分析,运用时频分析方法研究了裂纹信号特征,为齿轮裂纹故障诊断提供了理论支持。在此基础上,分析了齿轮裂纹在变载荷激励下的动力学特性。分析表明:在变载荷激励下,齿轮振动波形图与变载荷激励变化趋势极其相似,裂纹的存在引起波形图上出现冲击现象并且啮合频率及其倍频附近出现边频带,边频带为故障齿轮的转频;变载荷激励下,低频的边频成分明显只与外载荷激励有关,与齿轮故障无关。     

1.5MW风力发电机行星齿轮机构动力学仿真

基于三维软件Pro-E,建立1.5 MW风力发电机行星轮系传动系统模型,并导入ADAMS进行刚体动力学仿真,得知易受损齿轮为太阳轮。将该齿轮通过ADAMS与ANSYS刚柔动力学分析,得到其应力云图,为以后齿轮箱设计提供数据基础。     

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。     

兆瓦级风电齿轮增速箱行星齿轮传动系统动态特性研究

以载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱为研究对象,考虑外部载荷激励、时变啮合刚度的影响,详细推导并建立包含径向和扭转的系统动力学模型,分析计算系统低速级和中速级中行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力。应用龙格—库塔法求解,归纳分析得到各级中心构件径向振动速度和扭转振动角速度变化以及行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力时变特点。这为载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱动态优化设计提供了理论依据。     

差动调速的风电机组传动特性研究

对差动调速的新型风电机组的传动系统调速原理、总体功率流向及传动效率进行研究。在完成机组传动系统三轴动力学模型的基础上,建立了1.5 MW差动调速风电机组仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的准确性。利用1.5 MW仿真模型,对该机组的传动特性进行仿真研究,结果表明：在不同风速条件下,该机组的整体传动效率高,最高可达0.951;调速端功率消耗占同步发电机输出功率的比值小于 15.47%,且输出转速稳态最大误差小于1.23%。所研究风电机组的传动性能可以很好地满足实际应用要求。     

永磁行星齿轮传动系统灵敏度分析

为了选择合理的设计参数,获得满意的系统动力学特性,建立了永磁行星齿轮传动系统的动力学计算模型,推导了系统模态对设计参数灵敏度的计算公式,并进行了参数灵敏度分析。研究结果表明,各构件质量对模态的影响较磁耦合刚度对系统模态的影响小,磁化强度的变化对系统模态影响较小,其他设计参数对系统模态影响较大。     

考虑误差下的变位齿轮行星轮系载荷特性研究

针对制造误差和安装误差使得变位齿轮行星轮系行星轮在径向和周向的安装位置与无偏移值存在偏差,进而使行星轮间所受载荷不均匀的问题,开展了变位齿轮行星轮系载荷特性研究。基于转子动力学理论,考虑时变刚度和行星轮的径向与周向偏移,建立了变位齿轮行星传动系统5自由度动力学模型;采用龙格库塔法求解了系统的响应和频域图,研究了变位齿轮行星轮系的载荷特性,分析了在不同径向偏移量、周向偏移量、复合偏移量情况下的行星轮间载荷分布特性,探讨了行星轮的径向与周向偏移对行星轮系载荷分配的影响,得到了变位齿轮行星轮系载荷振动幅值在时间和频率下的变化规律。仿真结果表明,考虑误差的行星轮系载荷特性与无偏移情况下的载荷特性有较大的差异,其幅值受径向偏移的影响较大,其中,径向偏移量大对行星轮所受载荷的影响最大;在安装过程中,行星轮的微小偏移都可能导致载荷特性的巨大变化。搭建了行星传动系统振动测试试验平台,测试了行星减速机壳体的倍频振动响应信号,得到了行星传动系统载荷与振动响应之间的关系。试验结果的振幅变化趋势与仿真分析结果中的振幅变化趋势相似,证明所建立的动力学模型及理论计算比较准确。     

基于非线性动力学的行星传动均载性能研究

为研究动态下各影响因素对行星传动均载性能的影响,以2K-H行星齿轮传动系统为研究对象,综合考虑各零件的加工误差、装配误差、轮齿啮合时变刚度及间隙等因素对行星齿轮均载性能所产生的影响,建立了该系统的非线性统动力学模型。采用Newmark法求解,得到了载荷分配系数的时域历程及太阳轮和内齿圈的浮动轨迹,计算了各项误差对载荷分配系数的灵敏度,研究了零件各项误差对行星传动均载效果的影响,对行星齿轮传动的设计提供了依据。     

1.5MW风力发电机行星齿轮机构动态特性研究

基于三维软件Pro-E,建立了1.5MW风力发电机行星轮系传动系统模型,并导入ADAMS进行刚体动力学仿真,通过接触力比较得知太阳轮易受损,通过ANSYS模态分析,得到其前十阶固有频率,为今后齿轮箱动态特性研究提供数据基础.     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、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。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。     

风机行星齿轮系统齿轮裂纹故障诊断

针对风力发电机实际行星齿轮系统,由于幅值及相位调制现象(各种制造误差不可避免等原因所导致)带来的故障诊断难题,搭建了含各种制造误差的动力学模型。模型考虑了出现裂纹故障以后,故障对时变啮合刚度以及传递误差的影响,通过数值求解,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的包络谱结构特性,总结了故障特征频率。在风力发电机齿轮箱实验台上进行裂纹故障试验验证,结果表明所总结的故障特征频率可以作为风力发电机裂纹故障诊断及定位的依据。     

Planetary Gear Profile Modification Design Based on Load Sharing Modelling

In order to satisfy the increasing demand on high performance planetary transmissions, an important line of research is focused on the understanding of some of the underlying phenomena involved in this...     

变速行星齿轮系统故障诊断方法

针对风力发电机行星齿轮系统变速非平稳工况,且故障信号耦合调制严重、传递路径复杂、噪声污染严重等特点,提出了基于阶次包络分析的故障诊断方法,详细阐述了方法原理和实现流程。通过对变速工况下的仿真加速度信号进行阶次包络分析,对比行星轮、太阳轮以及齿圈出现故障后与正常齿轮系统的阶次包络谱结构特性,总结了不同部件故障的特征阶次。在此基础上,通过对变速行星齿轮系统试验信号的分析表明:阶次包络分析方法能较好地抑制噪声干扰,反映故障特征清楚,且故障特征能作为变转速时行星齿轮系统故障诊断和定位的依据。     

少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状

评述了少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状、存在的问题和将来的研究方向。作为一种新型的齿轮传动机构,内齿行星齿轮减速器具有其自身的许多优点,但对其动力学性能的研究还不成熟。因此,需要在以下几个方面开展研究工作:符合实际的动力学特性研究、不平衡质量引起的动载问题、加工误差对其性能的影响等。