斜齿轮传动系统的非线性动力学分析与研究

发布时间：2020-04-16 06:33

【摘要】：风电齿轮箱是风力发电机组的核心部件之一,其运行稳定性会影响到整个风力发电机组的工作效率与质量。但风电齿轮箱工作地点多在高山、荒野、海滩、海岛等风口处,工作环境恶劣,所受载荷与风速无规律,因此常会导致齿轮箱中的齿轮传动系统出现断齿、点蚀、磨损、胶合等故障,造成重大损失。齿轮传动系统包含一二级行星齿轮传动系统与第三级斜齿轮传动系统,其中第三级为高速级。处于高速级的斜齿轮若发生故障,对齿轮传动系统的动力学特性影响最为显著,对整个系统运行稳定性的影响也最明显。因此研究考虑故障的第三级斜齿轮传动系统具有一定的工程意义。本文以风电齿轮箱中的第三级斜齿轮传动系统为研究对象,对考虑非线性因素、随机扰动因素以及齿轮常见故障形式的齿轮传动系统非线性动力学进行了深入的分析与研究。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)阐述了齿轮传动系统中所受激励与常见非线性因素,建立齿侧间隙、传动误差、随机扰动激励、外力矩的数学模型,基于能量法计算斜齿轮时变啮合刚度并进行合理简化。(2)对第三级斜齿轮进行模型简化,建立考虑多种非线性因素及其随机扰动因素的斜齿轮传动系统空间六自由度非线性动力学模型。(3)阐述了非线性系统三种运动形式以及常用的分析方法。基于四-五阶Runge-Kutta法对系统动力学方程进行求解,并采用上述分析方法验证其可行性与有效性。(4)基于控制变量法对风电齿轮箱中负载与转速两个重要工况参数进行了分析;讨论了在轻载低速、轻载高速、重载低速、重载高速四种工况下啮合刚度、齿侧间隙、阻尼比三种系统参数对系统动力学特性的影响;基于上述结论给出系统参数的合理选择方法以保证系统运动的稳定性。(5)针对齿轮传动系统中常见的四种故障形式:断齿、点蚀、磨损、胶合,基于其故障原理建立相应的数学模型,其中齿面胶合加速齿轮磨损增大齿侧间隙,与磨损故障最终产生的影响相似故一起讨论研究。分别对考虑齿轮断齿故障、点蚀故障、磨损与胶合故障的系统动力学模型进行求解,并采用非线性系统分析方法进行分析。
【图文】：

基于拉依达准则可得该的非线性因素隙，在国标 GB10095-88 中已经给出了与齿轮的精度等级无关。如工作时温度间），避免因发热使轮齿变形而卡死，要的齿轮传动，为避免空程的影响，则要隙。本文所研究的斜齿轮传动系统在风为避免变形卡死，需要有较大的齿侧间隙齿侧间隙，，其示意图如图 2.1 所示。

图 2.2 齿轮齿侧间隙与相对位置的函数关系;;;bb 轮传动系统中非常重要的一个非线性因素。在忽略或简化处理，随着动力学理论的发展以及素的齿轮动力学研究也有了较大的进展。等通过研究分析了齿侧间隙与齿面摩擦系数之个相关参数。1991 年，Rebbechi[49]等基于齿根公式。2000 年，Vaishya[50]等建立了考虑齿面统的动力学模型，深入分析了考虑齿面摩擦下
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41;TM315

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本文编号：2629492