风电齿轮箱动力学及疲劳分析

发布时间：2017-06-30 03:10

  本文关键词：风电齿轮箱动力学及疲劳分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业化的飞速发展,具有传动比恒定,传动功率大,使用寿命长等优点的齿轮传动系统被广泛应用在各个行业。但是齿轮传动过程比较复杂,齿轮副之间的接触属于高副,动态载荷和其它因素对齿轮系统的疲劳寿命产生较大的影响。另外,随着应用场合等要求,对齿轮传动性能的要求越来越高,研究齿轮接触应力情况、齿轮系统的动态特性以及齿轮系统的疲劳寿命,对提高齿轮承载能力、系统的平稳性、延长齿轮系统疲劳寿命等有着重要的意义。本文以兆瓦级风电齿轮箱传动系统为研究对象,通过Hertz接触理论简化了齿轮接触模型。运用齿轮刚柔耦合体的动力学分析为瞬态动力学分析提供载荷激励,并研究随机载荷谱下齿轮啮合的疲劳寿命情况。本文主要研究内容如下:(1).对兆瓦级风电齿轮箱进行参数化建模,根据Hertz接触理论对齿轮接触模型进行简化。为验证齿轮接触简化模型合理性与准确性,利用有限元方法分别对两种接触模型进行接触应力分析,并为齿轮接触实验分析提供参考依据。(2).对风电增速齿轮箱系统进行运动学仿真分析,验证模型的准确性。建立低速级行星轮系刚柔耦合模型,进行动力学仿真分析,获得更接近实际的太阳轮时变负载扭矩。(3).将时变负载扭矩作为动态激励,对低速级行星轮系进行瞬态动力学仿真,分析得到齿轮啮合过程中齿面接触和齿根弯曲危险点处的时间-历程应力载荷。利用雨流计数法将齿轮危险点处的随机载荷转化为一系列变幅载荷谱。(4).分别运用名义应力法和AWB Fatigue疲劳模块对低速级太阳轮进行疲劳分析,得到齿面接触疲劳寿命和齿根弯曲疲劳寿命。并对齿根过渡圆角进行优化设计,使得优化后的齿根弯曲疲劳寿命满足设计寿命要求。
【关键词】：Hertz接触理论 时变负载扭矩 瞬态动力学 疲劳寿命
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究概况11-15
• 1.2.1 齿轮接触分析的研究现状12-13
• 1.2.2 齿轮动力学的研究现状与发展趋势13-15
• 1.2.3 风电齿轮箱疲劳的研究现状15
• 1.3 本课题主要研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 齿轮接触应力分析等效模型的建立17-35
• 2.1 齿轮接触理论及其有限元方法17-19
• 2.1.1 经典接触力学法17-19
• 2.1.2 有限元接触理论19
• 2.2 HERTZ接触单元有效性验证19-22
• 2.2.1 圆柱体接触的Hertz理论计算19-20
• 2.2.2 圆柱体接触有限元计算20-22
• 2.3 简化接触模型的建立22-34
• 2.3.1 综合曲率半径22-23
• 2.3.2 综合曲率曲线23-26
• 2.3.3 齿间载荷分配系数的确定26-29
• 2.3.4 齿轮接触模型有限元分析29-31
• 2.3.5 两种模型接触有限元分析结果及对比31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 基于ADAMS的风电齿轮箱仿真分析35-52
• 3.1 风电齿轮箱虚拟样机35-36
• 3.1.1 虚拟样机技术介绍35
• 3.1.2 ADAMS简介35-36
• 3.2 风电机组齿轮箱传动链系统虚拟样机建立36-38
• 3.2.1 齿轮箱虚拟样机模型简化36
• 3.2.2 风电齿轮箱传动系统虚拟模型的建立36-38
• 3.3 多体系统动力学基础理论38-40
• 3.3.1 多刚体力学模型38-39
• 3.3.2 多柔体力学模型39-40
• 3.4 齿轮箱传动系统运动学仿真分析40-43
• 3.4.1 齿轮箱传动系统模型导入40-41
• 3.4.2 仿真模型设置41-42
• 3.4.3 齿轮接触力参数的确定42-43
• 3.4.4 仿真分析及结果43
• 3.5 齿轮箱传动系统动力学仿真分析43-47
• 3.5.1 载荷类型43-44
• 3.5.2 输入载荷的计算44-45
• 3.5.3 动力学仿真分析45-47
• 3.6 齿轮箱传动系统的刚柔耦合分析47-51
• 3.6.1 柔性体的生成方法48
• 3.6.2 低速级各构件的柔性化48-49
• 3.6.3 低速级刚柔耦合仿真及结果49-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第4章 风电齿轮箱关键部件疲劳寿命分析52-72
• 4.1 疲劳寿命分析方法概述52
• 4.2 太阳轮载荷谱52-54
• 4.2.1 低速级瞬态动力学分析有限元模型52-53
• 4.2.2 低速级有限元分析结果53
• 4.2.3 载荷压缩53-54
• 4.3 雨流计数法54-60
• 4.3.1 基本原理55-56
• 4.3.2 计算规则56-58
• 4.3.3 雨流循环计数的程序实现58-60
• 4.4 基于名义应力法的疲劳分析60-64
• 4.4.1 P-S-N曲线61-62
• 4.4.2 太阳轮材料的理想化P-S-N曲线62-63
• 4.4.3 Miner疲劳累积损伤理论63-64
• 4.4.4 太阳轮疲劳分析结果64
• 4.5 基于有限元技术的虚拟疲劳寿命预测64-71
• 4.5.1 AWB Fatigue疲劳分析快介绍64-65
• 4.5.2 有限元模型的建立65-66
• 4.5.3 设定材料参数66
• 4.5.4 施加约束条件和载荷66
• 4.5.5 疲劳参数设定及求解66-69
• 4.5.6 低速级太阳轮齿根弯曲疲劳分析69-70
• 4.5.7 疲劳分析结论70-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第5章 结论与展望72-75
• 5.1 结论72
• 5.2 展望72-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果81

【参考文献】

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本文编号：500347