变转速下风电行星轮系动力学特性研究

发布时间：2020-04-19 13:30

【摘要】：在风力发电机组中,行星轮系作为增速齿轮箱中的重要部件,其在正常工作的时候由于受到不规律风场和频繁启停机等因素的影响,系统的工作载荷和转速是时变的,产生的振动响应具有复杂的非平稳冲击特性。传统的行星轮系传动系动力学研究成果无法直接应用,因此本文基于有限元方法和动力学建模方法开展了变转速下风电行星轮系动力学特性研究,主要工作内容如下:1.建立三维实体模型,利用限元分析软件ABAQUS对行星轮系传动进行动力学分析,研究了匀速工况与三种变转速工况下的齿轮齿面接触应力的变化,发现面接触应力随着齿轮啮合周期性变化而变化,齿面接触应力受到齿轮转速变化的影响,加速工况下啮合力较大齿面接触应力普遍偏大,减速时的啮合力较小齿面接触应力较小。变转速下受到冲击性载荷的影响啮合过程中最大接触应力值在四种工况中最大。2.提出了一种基于有限元的时变啮合刚度计算方法,通过与用石川法在相同参数的计算结果做对比验证了方法的准确性。进一步研究匀加速、匀减速、变加速三种工况下转速变化对啮合时变刚度的影响,对比结果发现齿面啮合点的作用力的大小对单齿啮合区啮合时变刚度有着一定的影响,而双齿啮合区的时变啮合刚度在力平衡状态下受到啮合力大小影响较小,受到非平衡状态下的外力在单双齿交替产生的冲击影响较大。3.综合考虑了齿轮时变啮合刚度、阻尼与接触间隙等因素,根据集中参数法建立行星轮系动力学模型,并利用Runge-Kutta法求解微分方程得到行星架、太阳轮以及三个行星轮水平竖直和周向的振动位移与振动速度,通过对比可以发现,周向振动幅度比水平和竖直两方向的振动幅度都要大,竖直方向振动幅度比水平方向的振动幅度大。4.将上述行星轮系振动响应结果与实验测点对应的数据做对比,进一步验证了行星轮系动力学模型的模拟的准确性,通过变转速工况下的行星轮系动力学响应分析,发现随着转度的增大振动的幅值变大,反映了加速工况下振动随着行星轮系传动系统的速度的增加而增加。
【图文】：

风电行星轮系动态啮合性能的有限D 的行星轮系精确建模系的动态啮合性能对整个风机系统工作有重要力分析更为准确，本文采用 ABAQUS 进行行星US 是一款强大的有限元分析软件，可他的草图轮轮齿齿廓的精度，优化建模过程，采用二维草草图，导入 ABAQUS 中生成三维实体，再装轮单齿轮廓线，，本文以渐开线直齿轮为研究对(2-1)所示： [sin()cos()][cos()sin()]yrtttxrttttbtb基圆半径；数。

如图 2.3 所示。图 2.3 行星轮系齿面装配图2.2 模型网格划分齿轮模型划分网格分为有限元网格初步划分和接触区网格细化两个部分。齿轮实体模型网格划分的节点单元的数量规模关系到齿轮有限元模型计算的时间的长短，网格的质量及接触区网格细密程度关系到有限元接触分析计算的准确性[35]。齿轮模型的接触区为高副接触，这对齿轮有限元模型接触部分网格密度提出了更高的要求。齿轮有限元接触部分齿轮关系到齿面接触部分的接触状况和齿根处的齿根弯曲状况，需要细密网格刻画以得到满意的计算结果。齿轮其他区域网格用于传递载荷和约束，不需要细密网格。本文将轮齿部分和轮体部分分别应用不同的方式划分网格，齿轮轮
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315;TH132.425

【参考文献】

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本文编号：2633350