基于二维载荷谱的齿轮传动疲劳寿命估算方法研究

发布时间：2017-10-17 01:38

  本文关键词：基于二维载荷谱的齿轮传动疲劳寿命估算方法研究

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【摘要】：近年来电力日益成为不可或缺的能源,与传统的火力发电相比,新兴的风力发电具有无污染发电地域广等优点。这使得风力发电设备与系统的设计与研发生产成为热门行业。在整个风力发电系统中行星传动增速齿轮箱的地位显得至关重要,而在齿轮箱统计出的故障总体中齿轮传动的故障约占到60%。增速齿轮箱一般安装在十几米甚至几十米的空中,而且在齿轮啮合过程中,受风速波动及环境影响较大,齿轮传动系统中关键问题是齿轮本身的生产、装配精度及其日常维护能力。齿轮是一种高度复杂的机械加工中成形零件,风电齿轮箱中的齿轮不仅在高速、重载下运行,而且其工作条件又比其他零部件工作环境更加恶劣。因此风力发电机的增速齿轮箱一旦发生故障,对其进行维修或者更换将花费较大的人力物力。正因如此,绘制齿轮箱中齿轮传动的载荷谱并据此进行可靠性寿命估算有着十分重要的意义。本文以行星齿轮增速齿轮箱为研究对象,利用Siemens NX 8.0软件的高级仿真模块对齿轮箱的三维模型进行柔性体仿真,对各部件定义材料划分网格,之后对其施加约束,分析计算结果后进行动力学仿真。将要分析的齿轮定义为柔性体,为使仿真结果更接近于实际情况,齿轮承受的载荷是与风速相关的,而风速在一定时间内是服从威布尔分布的,由MATLAB软件生成一组服从威布尔分布的数据,并将这组数据作为仿真分析的输入载荷。由此得到齿轮受载的时间——载荷历程。应用MATLAB编写雨流计数法的程序,提取出载荷循环,计算并统计出构件所受载荷的幅值、均值以及频次,建立载荷谱。根据前人总结得出的经验公式及相似材料的疲劳试验结果,建立等幅疲劳中值S a-S m-N曲面。应用Miner线性累积法则,将应力幅值和应力均值扩展到二维概率密度曲面,计算出整个工作期间各级应力对构件造成的损伤程度,当经过若干次循环损伤度累加至1(100%)时,构件便发生疲劳破坏(工程裂纹)。根据以上计算结果分析计算构件在该工况下的应力集中部位的疲劳寿命,预测齿轮传动系统寿命,为齿轮传动系统疲劳寿命分析提供支撑。
【关键词】：风电齿轮箱 雨流法 疲劳载荷谱 疲劳寿命估算
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的背景及意义9
• 1.2 研究目的9-10
• 1.3 国内外发展状况10-12
• 1.3.1 中国风电行业发展的过程10-11
• 1.3.2 风电齿轮箱的发展现状11
• 1.3.3 疲劳载荷谱研究动态11-12
• 1.4 研究内容12-13
• 第2章 齿轮箱失效分析13-20
• 2.1 国内风电行业概况13-15
• 2.1.1 我国风电齿轮箱设计制造技术的现状13-15
• 2.1.2 风电齿轮箱存在的问题15
• 2.2 齿轮箱故障分类15-16
• 2.3 齿轮箱试验内容16-17
• 2.4 齿轮箱主要零部件的强度评定标准17-18
• 2.5 疲劳定义18-19
• 2.6 本章小结19-20
• 第3章 齿轮箱仿真20-30
• 3.1 高级仿真20-21
• 3.2 一般分析工作流程21-22
• 3.3 齿轮箱仿真22-28
• 3.4 本章小结28-30
• 第4章 载荷谱编制30-41
• 4.1 随机载荷波形的分类30-31
• 4.2 材料的记忆特性31
• 4.3 变幅循环下的s -e 响应计算31-34
• 4.4 滞后环和循环应力—应变响应34-35
• 4.5 载荷谱编制35-40
• 4.6 本章小结40-41
• 第5章 疲劳载荷谱分析41-47
• 5.1 二维疲劳应力概率分布41-43
• 5.2 裂纹形成的损伤当量计算43-44
• 5.3 建立S_a-S_m-N曲面44-46
• 5.4 本章小结46-47
• 第6章 结论与展望47-48
• 6.1 结论47
• 6.2 展望47-48
• 参考文献48-52
• 致谢52-53
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文53-54
• 附录54-62

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本文编号：1046103