兆瓦级风电齿轮箱齿轮热—结构耦合及疲劳寿命研究

发布时间：2017-03-16 16:03

  本文关键词：兆瓦级风电齿轮箱齿轮热—结构耦合及疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：增速箱是风力发电机中的重要部件,随着风电机组向着大型化与运行环境更加复杂化的方向发展,要求其应具有更高的可靠性。但目前大型风电齿轮箱普遍达不到设计寿命,从而造成风电企业效益低下。风电齿轮箱寿命与可靠性较低有设计、制造、安装等多种因素,但其中齿轮的摩擦生热,导致其热应力叠加在结构应力上而提高了齿轮啮合应力水平,也是一个主要原因。这一现象也就是热-结构耦合效应。研究风电齿轮箱热-结构耦合,并分析其寿命与可靠性,对大型风电齿轮箱具有重要意义。本文以某型号2.5MW的风电齿轮箱为研究对象,对齿轮箱传动系统高速级的热-结构耦合效应、强度与疲劳寿命及疲劳可靠性作了研究。主要工作内容有:(1)齿轮啮合建模以及模型处理,由三维模型转化为二维平面模型,以适应现有的计算机规模;(2)利用有限元方法的热结构耦合单元对齿轮传动中齿轮接触摩擦因素、齿轮转速、齿轮模数等相关要素对啮合温度、应力的影响进行了分析;(3)通过分析齿轮传动各个相关要素的影响程度,对某风电齿轮箱高速级进行动力学分析、直接热—结构耦合动力学分析、热—结构分步动力学计算等,得到齿轮齿面啮合应力大小与分布;(4)利用疲劳学原理结合齿轮箱高速级热结构耦合有限元分析结果,对齿轮箱传动系统中的高速级进行了不同可靠度条件下的疲劳寿命预测,并计算出零件在规定设计寿命下的疲劳可靠度。
【关键词】：风电齿轮箱 有限元分析 动力学仿真 热-结构耦合 疲劳可靠性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题背景、目的及研究意义8-12
• 1.2 风电齿轮箱研究现状12-14
• 1.2.1 风电齿轮箱国内外研究现状12-13
• 1.2.2 热-结构耦合研究现状13-14
• 1.3 研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 齿轮传动基础理论16-28
• 2.1 齿轮接触理论16-17
• 2.2 摩擦相关理论17-20
• 2.2.1 滑动摩擦17-18
• 2.2.2 滚动摩擦18-20
• 2.3 热传导理论20-23
• 2.3.1 热传递基本方式21-22
• 2.3.2 热分析边界条件22-23
• 2.3.3 初始温度23
• 2.4 有限元耦合分析介绍23-25
• 2.5 疲劳寿命相关理论25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 齿轮传动热—结构耦合效应与分析28-40
• 3.1 有限单元法简介28-29
• 3.2 有限元分析步骤29-30
• 3.3 热-结构耦合场的控制方程30-31
• 3.4 实例模型31-33
• 3.5 啮合齿轮的热—结构耦合分析33-38
• 3.5.1 摩擦因数对齿轮温度场及应力场的影响34-35
• 3.5.2 转速对齿轮温度场及应力场的影响35-37
• 3.5.3 模数对齿轮温度场及应力场的影响37-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 风电齿轮箱高速级热-结构耦合分析40-51
• 4.1 风电齿轮箱模型40-43
• 4.2 求解设置43
• 4.3 动力学分析43-46
• 4.4 齿面温升分析46-49
• 4.5 综合结果分析49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 疲劳损伤分析51-58
• 5.1 疲劳分析基本方法51
• 5.2 疲劳累积损伤理论51-52
• 5.3 常见疲劳分析类别52-53
• 5.4 高速级寿命分析53-57
• 5.4.1 材料力学性能53-54
• 5.4.2 齿面应力分析54-55
• 5.4.3 疲劳损伤分析55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结和展望58-59
• 6.1 全文总结58
• 6.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间的研究成果65

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