基于热分析的1.5MW风电齿轮系统动态响应分析

发布时间：2017-04-16 11:08

  本文关键词：基于热分析的1.5MW风电齿轮系统动态响应分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动系统是风力发电机组的关键部件,其将风载作用产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速,其性能的好坏直接决定了风力发电机性能的好坏。齿轮系统高速级齿轮运转速度较快,载荷较重,齿轮热平衡状态对齿轮传动的振动及失效有着重要的影响,故高速齿轮的设计中热行为是必须考虑的因素。由于轮齿变形、热变形及制造、安装误差等因素,在齿轮啮合过程中不可避免产生振动和冲击,齿廓修形是优化接触、弥补误差、降低振动和冲击的有效手段。本文主要研究内容如下:(1)本文基于有限元软件建立了渐开线直齿轮有限元模型,研究了齿轮的稳态温度场、瞬态温度场分布及齿轮稳态温度场随功率、转速、摩擦系数及润滑油温度的变化规律。最后将热场分析结果导入到结构场求得了齿轮热变形。(2)根据热分析所得到结果,对冷态和热态齿轮进行静态接触分析,研究了在一个啮合周期内齿轮的接触变形、接触应力的变化规律。并根据齿轮的转角位移,计算了齿轮一个啮合周期内传递误差和时变刚度。(3)利用冷态和热态齿轮的接触变形结果,对齿轮进行齿顶修形。分析了不同修形量下齿轮温度场及热变形的变化,并且研究了修形后热态齿轮接触变形和接触应力变化情况,计算了修形后热态齿轮一个啮合周期内传递误差和时变刚度。(4)采用集中参数法建立直齿轮动力学模型。将计算得到的修形前后传递误差和时变刚度代入到模型中,基于Matlab编程对动力学微分方程进行求解,得到齿轮修形前后动态响应。齿轮受热变形降低了齿轮动力学性能,齿廓修形可以提高齿轮动力学性能,考虑热变形下的修形量提升效果要比不考虑热变形下的提升效果明显。本文通过数值模拟方法研究了齿廓修形前后齿轮热行为、接触行为及动力学性能的变化,研究结果可以为齿轮结构设计提供参考。
【关键词】：齿轮温度场 热变形 齿廓修形 振动响应
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【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
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 齿轮参数化建模研究动态12
• 1.2.2 齿轮温度场研究动态12-13
• 1.2.3 齿轮接触分析及修形研究动态13-14
• 1.2.4 齿轮啮合刚度研究动态14
• 1.2.5 齿轮系统动力学研究动态14-15
• 1.3 本文研究主要内容15-16
• 第2章 渐开线直齿轮温度场有限元分析16-37
• 2.1 直齿轮参数化建模16-21
• 2.1.1 渐开线直齿轮参数方程建立16-18
• 2.1.2 直齿轮齿根过度曲线参数方程建立18-19
• 2.1.3 齿轮参数化模型建立实例19-21
• 2.2 齿轮热分析微分方程及边界条件21-23
• 2.2.1 齿轮热分析微分方程21
• 2.2.2 齿轮热分析边界条件21-23
• 2.3 齿轮对流传热及摩擦热分析23-25
• 2.3.1 齿轮对流传热分析23-24
• 2.3.2 摩擦热流量分析24-25
• 2.4 齿轮稳态温度场有限元分析25-32
• 2.4.1 齿轮温度场有限元分析方法25-26
• 2.4.2 单齿温度场有限元分析26-28
• 2.4.3 齿轮温度场影响因素分析28-32
• 2.4.4 多对齿轮温度场分析32
• 2.5 齿轮瞬态温度场有限元分析32-34
• 2.6 齿轮热变形分析34-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第3章 渐开线直齿轮热弹耦合接触分析37-53
• 3.1 齿轮接触分析理论37-40
• 3.2 有限元接触分析理论40-42
• 3.2.1 接触分析有限元模型40-41
• 3.2.2 ANSYS接触算法41-42
• 3.3 直齿轮热弹接触有限元模型42-44
• 3.3.1 直齿轮有限元分析模型建立43
• 3.3.2 齿轮副接触对建立43
• 3.3.3 有限元模型加载43-44
• 3.4 直齿轮热弹变形分析44-47
• 3.5 直齿轮热弹接触应力分析47-49
• 3.6 齿轮静态传动误差和啮合刚度分析49-52
• 3.6.1 静态传递误差分析49-51
• 3.6.2 时变啮合刚度分析51-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第4章 渐开线直齿轮修形研究53-64
• 4.1 齿轮修形原理53-56
• 4.1.1 齿轮啮合传动特性53-55
• 4.1.2 齿轮修形方法55
• 4.1.3 齿顶修形齿廓方程55-56
• 4.2 考虑修形的齿轮热分析56-59
• 4.2.1 考虑修形温度场分析57-58
• 4.2.2 考虑修形的热变形分析58-59
• 4.3 考虑修形的接触分析59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 渐开线直齿轮动态响应分析64-72
• 5.1 齿轮系统动力学模型建立64-66
• 5.1.1 直齿轮系统微分方程64-65
• 5.1.2 齿轮微分方程求解方法65-66
• 5.2 齿轮系统激励分析66-67
• 5.2.1 啮合传递误差激励66
• 5.2.2 时变刚度激励66
• 5.2.3 啮合阻尼66-67
• 5.2.4 转动惯量和质量确定67
• 5.3 直齿轮动态响应分析67-71
• 5.3.0 位移响应分析67-69
• 5.3.1 加速度响应分析69-70
• 5.3.2 啮合力响应分析70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：310669