风力机组齿轮箱传动系统的动力学计算与齿轮故障特征分析

发布时间：2017-08-07 04:08

  本文关键词：风力机组齿轮箱传动系统的动力学计算与齿轮故障特征分析

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【摘要】：为了研究齿轮故障对传动系统的影响以及复合故障时振动信号的特征,对风力机齿轮传动系统进行实验信号的采集与分析。针对行星齿轮传动系统振动信号的不稳定性、故障特征信号难以提取等特点,分别建立了多刚体动力学模型和刚柔耦合的动力学模型,研究了齿轮故障时振动信号的特征以及对传动系统的影响。首先从理论对齿轮的主要故障振动信号的时域和频域进行了分析,并介绍了齿轮故障特征频率的计算方法。建立了风力机齿轮传动系统的有限元模型,分析了其低阶固有频率和相对应的振型,掌握了齿轮传动系统有可能发生的共振频率范围以及相应的振动方式。在故障诊断时对提取加速度信号的测点布置提供了指导作用。实验信号中,在定轴高速主动轮单一故障时中速级啮合频率及其2倍频附近的频带幅值较高,复合故障时在中速级啮合频率2倍频附近出现了幅值较高的频带且其倍频高于基本啮合频率,在低频区中行星轮的故障特征复杂,无法辨别。因此,通过ADAMS建立了风机齿轮传动系统的多刚体动力学模型,利用模拟信号做定性分析,得出定轴高速主动轮故障对各测点影响明显且频域分布特征基本一致,表现为在高速级啮合频率、中速级啮合频率及2倍频附近有较强的频带。复合故障时,行星轮断齿仅对故障源附近影响明显,即行星轮啮合频率及其2、3倍频幅值明显,且以啮合频率及其倍频为中心存在明显边频,其故障对传动系统的其他位置影响微弱。针对实验信号中速级啮合频率2倍频幅值高于其基本啮合频率,通过ADAMS与ANSYS联合建立了风机传动系统的刚柔耦合的动力学模型,分析了中速级啮合频率幅值增强的原因以及行星轮故障引起的频域特征。分别研究了行星轮断齿、定轴高速主动轮裂纹-行星轮断齿复合故障的振动信号特征,得出行星轮断齿对中速级齿轮啮合产生了影响,造成中速级啮合频率的二倍频幅值增强；行星轮啮合频率的幅值明显增强且其倍频的幅值明显高其啮合频率；复合故障时,定轴高速齿轮故障造成了中速级啮合频率2倍频附近的频带幅值增强。
【关键词】：风力机组 加速度 ADAMS 故障影响 刚柔耦合 角加速度
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 风力机齿轮传动系统的研究意义与背景9-10
• 1.2 风力机齿轮传动系统故障研究现状10-13
• 1.3 本文的工作内容13-15
• 第二章 风力机齿轮传动系统常见故障特征分析15-25
• 2.1 风力机齿轮传动系统实验台的组成16-17
• 2.2 故障齿轮的振动特征分析17-23
• 2.2.1 齿轮振动机理分析17-20
• 2.2.2 正常齿轮的振动特征20
• 2.2.3 磨损齿轮振动特征20-21
• 2.2.4 局部异常齿轮的振动特征21-22
• 2.2.5 齿轮断齿的振动特征22
• 2.2.6 其他故障22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 第三章 风力机齿轮传动系统模态分析25-35
• 3.1 风力机齿轮传动系统三维模型的建立25-29
• 3.1.1 齿轮的建模26-27
• 3.1.2 行星轮系及箱体的建模27-28
• 3.1.3 齿轮传动系统的完整装配体模型28-29
• 3.2 风力机齿轮传统系统装配体的干涉检查29
• 3.3 有限元模型的建立29-31
• 3.4 风力机齿轮传动系统模态计算及分析结果31-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 风力机齿轮传动系统动力学计算35-61
• 4.1 ADAMS的应用现状35-40
• 4.2 振动特征频率的计算40-42
• 4.3 多刚体动力学建模42-44
• 4.3.1 SolidWorks与ADAMS的数据转换42
• 4.3.2 传动系统的约束处理42-43
• 4.3.3 验证模型的传动比43-44
• 4.4 多刚体模型仿真信号的采集与分析44-51
• 4.4.1 齿轮正常状态的信号分析45-46
• 4.4.2 定轴齿轮单一故障时模拟振动信号46-49
• 4.4.3 复合故障时模拟振动信号49-51
• 4.5 刚柔耦合动力学建模51-60
• 4.5.1 关键部件柔性体的建立51-53
• 4.5.2 柔性体各级转动速度53-54
• 4.5.3 刚-柔耦合模型的动力学分析54-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 风力机齿轮传动系统信号的采集与分析61-69
• 5.1 实验台的振动测试61-63
• 5.2 振动信号的采集与分析63-66
• 5.2.1 单一故障时信号分析63-64
• 5.2.2 复合故障时信号分析64-66
• 5.3 本章小结66-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-77
• 致谢77

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本文编号：632748