半直驱风力发电机行星齿轮传动系统动力学建模与分析

发布时间：2017-09-30 04:02

  本文关键词：半直驱风力发电机行星齿轮传动系统动力学建模与分析

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【摘要】：半直驱风力机具有结构紧凑、重量减轻、传动环节易于维护、可靠性大幅提高、成本减小等优点使其成为风力发电的主要发展机型与技术方向。由于风力发电机需在较高的转速下工作,而风轮机受到的风力风速很低,所以需要采用增速齿轮箱来实现速度的提高。相对于定轴轮系,行星齿轮系统具有体积小、承载能力大、工作平稳的特点,故增速齿轮箱中多采用行星齿轮系统来实现增速。风力机长期在复杂工况条件下工作,振动噪声较大,齿轮箱易发生故障,其使用寿命往往达不到其设计寿命。因此本文针对半直驱风力发电机增速系统复杂工况下振动噪声大、故障率高的问题,运用集中质量参数法和ADAMS动力学仿真的方法,采用理论分析与试验研究相结合的手段,开展了1.5MW半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的两种方法的动力学建模与分析工作,深化理解半直驱风电传动系统的动态特性,为提升风电传动系统的动态性能及可靠性奠定基础。本人的主要研究内容及结论如下：1)对满足1.5MW半直驱风力发电机运行条件下的行星齿轮传动系统进行参数匹配并对主要零部件进行结构设计并进行三维装配,求得各构件的质量、转动惯量,并为后面进行ADAMS仿真做准备。2)基于牛顿第二定律,运用集中质量参数法建立半直驱风电的单级行星齿轮系统的平移-扭转耦合动力学模型,求解了该系统的固有频率。建模时考虑把矩形波进行傅里叶级数展开并略去高阶项后简化得到的时变啮合刚度,并根据给定的转速和负载条件求解了该行星齿轮系统的动态响应。由计算结果可知兆瓦级的发电机行星齿轮系统各构件的振动位移达到了0.1mm数量级,振动幅度较大,说明了研究其振动性能的必要性。3)对1.5MW风力发电行星齿轮系统进行ADAMS动力学仿真分析,得到各齿轮间的动态啮合力及各构件的振动位移。将集中参数法的结果与ADAMS仿真结果进行对比分析。4)根据相似模型理论设计半直驱风电传动缩比齿轮箱,并对其进行集中参数建模与ADAMS仿真分析,以便进一步将理论结果与试验结果对比分析。5)在75kW传动装置实验台上进行缩比齿轮箱行星齿轮传动系统的振动测试,测量了齿轮箱的振动加速度,采用数值积分法计算了振动速度及振动位移。对比分析了太阳轮、齿圈及行星架的振动计算结果、仿真结果和测试数据,验证了动力学模型的正确性和两种方法对比分析的可行性。最后验证了采用相似模型理论对半直驱风电行星齿轮传动系统的进行动力学分析的可行性。
【关键词】：半直驱风电 行星齿轮动力学 集中参数法 动态响应 多体动力学
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 半直驱风力发电研究13-18
• 1.2.1 国内外风力发电发展现状13-14
• 1.2.2 风力发电机14-17
• 1.2.3 半直驱风力发电现状17-18
• 1.3 行星齿轮动力学研究18-20
• 1.4 本文研究内容20-22
• 第二章 兆瓦级半直驱风电行星齿轮系统建模及求解22-50
• 2.1 半直驱风电行星齿轮参数匹配与结构设计22-27
• 2.1.1 材料选择22
• 2.1.2 主要参数的确定22-25
• 2.1.3 主要零部件设计25-27
• 2.2 齿轮系统动态特性研究的内容27-30
• 2.2.1 动态特性研究的内容27
• 2.2.2 研究模型27-29
• 2.2.3 齿轮系统建模的方法29-30
• 2.3 动力学模型建立30-37
• 2.3.1 行星齿轮系统模型的建立30-32
• 2.3.2 各构件的动力学方程32-34
• 2.3.3 系统动力学方程34
• 2.3.4 系统参数分析34-37
• 2.4 固有特性分析37-40
• 2.4.1 固有特性的求解37-38
• 2.4.2 行星齿轮系统的固有频率38-40
• 2.5 动态响应求解40-48
• 2.5.1 系统动力学方程求解方法40-41
• 2.5.2 系统动力学方程求解41-42
• 2.5.3 系统动力学响应42-48
• 2.6 本章小结48-50
• 第三章 基于ADAMSD的兆瓦级半直驱风电行星齿轮系统仿真50-62
• 3.1 ADAMS动力学理论及软件介绍50-53
• 3.1.1 ADAMS动力学理论50-52
• 3.1.2 齿轮传动系统的ADAMS仿真研究52-53
• 3.2 半直驱风电行星齿轮系统ADAMS模型的建立53-57
• 3.2.1 行星齿轮系统的建模仿真步骤53
• 3.2.2 ADAMS中的接触力53-56
• 3.2.3 基于ADAMS的系统模型的建立56-57
• 3.3 行星齿轮系统ADAMS仿真57-60
• 3.3.1 系统模型检验58
• 3.3.2 齿轮系统多刚体动力学分析58-60
• 3.4 集中参数法与ADAMS仿真结果对比分析60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 半直驱风电机行星传动缩比齿轮箱动力学分析62-72
• 4.1 相似模型理论63
• 4.2 行星传动缩比齿轮系统集中参数建模及求解63-69
• 4.2.1 行星传动缩比齿轮系集中参数建模63-64
• 4.2.2 行星传动缩比齿轮系统动力学方程求解64-69
• 4.3 行星传动缩比齿轮系统ADAMS仿真69-71
• 4.3.1 行星传动缩比齿轮系统ADAMS模型69
• 4.3.2 行星传动缩比齿轮系统ADAMS仿真结果69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 行星齿轮系统动态响应实验72-80
• 5.1 实验目的72-73
• 5.2 系统实验平台组成73-74
• 5.3 系统动态响应测试74-78
• 5.3.1 理论啮合频率的计算74
• 5.3.2 振动测点的选择74-75
• 5.3.3 振动测试75
• 5.3.4 试验测试数据75-78
• 5.4 结果对比分析78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80
• 6.2 展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 附录A 攻读硕士期间发表学术论文和参与的科研项目88-90
• 附录B 动力学模型系数矩阵90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘忠明;段守敏;王长路;;风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望[J];机械传动;2006年06期

2 杨建明,张策;行星齿轮传动的固有频率对设计参数的灵敏度分析[J];机械设计;2001年04期

3 宋轶民;许伟东;张策;王世宇;;2K-H行星传动的修正扭转模型建立与固有特性分析[J];机械工程学报;2006年05期

4 王世宇;宋轶民;张策;沈兆光;杨通强;;行星齿轮传动的共振失效概率[J];天津大学学报;2005年12期

5 潜波;巫世晶;周广明;李洪武;胡培林;李永军;;行星齿轮传动系统动力学特性研究[J];系统仿真学报;2009年20期

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本文编号：945994