风力发电机齿轮传动系统动态优化设计

发布时间：2023-06-02 00:16

　　风力发电作为一种可持续能源的产生方式,已经成为当今重要的发电形式。风力发电机齿轮传动系统作为风力发电机的关键部件,其性能好坏直接决定了风力发电机性能的好坏。风力发电机组向大型化方向发展对传动系统运行的稳定性和可靠性提出了很高的要求,而按常规设计方法设计的风力发电机齿轮传动系统,很难满足风力发电机在时变工况条件下和高空架设环境下的工作要求。因此,研究时变载荷条件下风力发电机齿轮传动系统的动态特性及动态优化设计是风力发电机设计中的重要任务之一。 本论文研究在国家自然科学基金项目和国家支撑计划项目资助下,应用齿轮系统动力学、数值计算方法和离散优化技术,对风力发电机齿轮传动系统的动态性能进行研究分析并在此基础上进行优化设计,为低振动、低成本的风力发电机齿轮传动系统设计提供方法和依据。主要的研究工作有: ①建立传动系统动力学分析模型:以1.5 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,采用集中参数法建立传动系统的物理模型;综合考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合误差、齿轮的扭转变形、轴向变形以及风速变化引起的外载波动,推导出齿轮传动系统的动力学微分方程;分析了系统的刚度激励、误差激励和阻尼,特别是对由风速变...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 本论文的研究背景及意义
    1.2 风力发电发展概况
        1.2.1 风力发电的必要性和优越性
        1.2.2 国外风力发电发展概况
        1.2.3 我国风力发电发展概况
        1.2.4 风电装备制造业发展概况
    1.3 齿轮系统动力学设计分析研究的现状
        1.3.1 齿轮系统动力学分析研究现状
        1.3.2 行星齿轮动态分析研究现状
        1.3.3 齿轮系统动态优化设计研究现状
    1.4 本文研究内容
2 风力发电机齿轮传动系统动力学模型与方程
    2.1 引言
    2.2 风力发电机齿轮传动系统动力学模型
        2.2.1 风力发电机齿轮传动系统结构形式
        2.2.2 行星齿轮传动系统物理模型
        2.2.3 定轴斜齿轮传动系统物理模型
        2.2.4 各组件相互作用的弹性变形
        2.2.5 系统动力学微分方程
    2.3 系统参数分析
        2.3.1 齿轮副啮合刚度
        2.3.2 误差激励
        2.3.3 外部激励
        2.3.4 阻尼
    2.4 动力学方程中其他参数的确定
    2.5 本章小结
3 基于谐波平衡法的风电齿轮传动系统动态特性分析
    3.1 引言
    3.2 谐波平衡法
        3.2.1 求解准备
        3.2.2 代数平衡方程
    3.3 风电齿轮传动系统固有频率计算
        3.3.1 相关概念
        3.3.2 风电齿轮传动系统的固有特性分析
    3.4 风电齿轮传动系统响应
        3.4.1 不同输入转矩波动频率下的响应
        3.4.2 振动响应分析
    3.5 本章小结
4 风电齿轮传动系统多目标动态优化设计数学模型
    4.1 引言
    4.2 优化设计和多目标优化设计
        4.2.1 优化设计的基本概念
        4.2.2 多目标优化设计
    4.3 机械系统动态优化设计
        4.3.1 机械系统动态优化设计概况
        4.3.2 齿轮传动的动态性能优化设计
    4.4 风电齿轮传动系统多目标动态优化设计模型
        4.4.1 目标函数
        4.4.2 设计变量
        4.4.3 约束条件
    4.5 本章小结
5 基于混合离散变量法的风电齿轮传动系统多目标动态优化设计
    5.1 引言
    5.2 混合离散变量优化方法
        5.2.1 非线性离散变量优化概述
        5.2.2 组合型法的基本概念
    5.3 风电齿轮传动系统优化结果比较分析
        5.3.1 风电齿轮传动系统参数计算
        5.3.2 风电齿轮传动系统优化结果比较
        5.3.3 风电齿轮传动系统固有频率计算
        5.3.4 风电齿轮传动系统系统动载系数分析
    5.4 本章小结
6 总结
致谢
参考文献
附录
    A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
    B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目



本文编号：3827300