兆瓦级以上风电齿轮箱传动系统的结构与性能研究
本文关键词: 风力发电 行星齿轮 动力学建模 固有频率 啮合刚度 出处:《西华大学》2011年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着全球可再生能源市场的迅速发展和人类对环境保护意识的增强,人们开始把目光集中到新能源的开发上来。风力发电逐渐成为能源工业新的增长点。风力发电齿轮箱作为风力发电机组中传递动力的重要部件之一,其传动系统的结构与性能,直接影响到整个风力发电机组的正常运转。齿轮箱的传动系统的结构决定了齿轮箱的整体体积。由于风力发电齿轮箱传动系统在运行的过程中,它的动力源是无时无刻在变化的自然风。这必然使传动系统产生振动。为了减小风电齿轮箱的体积和减小传动系统的振动、降低噪音,需要对风力发电齿轮箱的传动系统的结构和模态进行分析。 本文对1.5MW风力发电齿轮箱传动系统进行了结构的选择和优化并在考虑齿轮啮合刚度的时变性、外部激励和内部激励等因素的情况下,对优化后的传动系统建立了扭转振动动力学模型。在此基础上,建立了多自由度的自由振动线性微分方程,并对其进行求解,得到传动系统的固有频率和主振型。为下一步对传动系统的动态响应的研究打下基础。 本文主要做了以下几方面的工作: (1)设计了一种风电齿轮箱的传动系统,该传动系统采用功率分流式三级行星齿轮机构,第三级为差动行星齿轮。以行星齿轮的总体积作为我们的目标函数,以太阳轮的齿数和相关的比例系数为设计变量,使用MATLAB工具箱里面的fmincon函数对我们的传动系统进行优化。得到我们最终的设计齿数和比例系数。 (2)计算出每一级的模数,使用Pro/e三维建模软件,建立行星齿轮、行星架,轴的三维模型。并把它们装配在一起,从而建立起传动系统的三维模型。 (3)采用集中参数法建立风电齿轮箱传动系统的扭转振动动力学模型,把相互啮合的齿轮等效成一根弹簧和一个阻尼器。采用石川法[1][2]来计算齿轮的啮合刚度。以第二级太阳轮与行星轮的啮合刚度为例,进行了相关的计算。使用拉格朗日方程推导出传动系统的扭转振动微分方程。 (4)对风电齿轮箱传动系统建立16自由度的自由振动线性微分方程,使用MATLAB中的EIG命令来求出系统的固有频率和主振型。以上的研究可以为设计一种质量轻,满足功率要求、成本低的风力发电齿轮箱提供参考。
[Abstract]:With the rapid development of the global renewable energy market and the enhancement of human awareness of environmental protection. People begin to focus on the development of new energy. Wind power has gradually become a new growth point in the energy industry. Wind power gearbox is one of the important parts in the transmission of power in wind turbines. The structure and performance of its transmission system. It directly affects the normal operation of the whole wind turbine. The structure of the transmission system of the gearbox determines the overall volume of the gearbox. Its power source is the changing natural wind all the time, which inevitably causes the vibration of the transmission system. In order to reduce the volume of the wind power gearbox and reduce the vibration of the transmission system, reduce the noise. It is necessary to analyze the structure and mode of the transmission system of the gearbox of wind power generation. In this paper, the gearbox transmission system of 1.5 MW wind power generation is selected and optimized, and considering the time variation of gear meshing stiffness, external and internal excitation and other factors. The dynamic model of torsional vibration is established for the optimized transmission system. On this basis, the linear differential equation of free vibration with multiple degrees of freedom is established and solved. The natural frequency and the main mode of the transmission system are obtained, which lays a foundation for the further study of the dynamic response of the transmission system. The main work of this paper is as follows: A transmission system of wind power gearbox is designed. The transmission system adopts the three-stage planetary gear mechanism of power shunt type. The third stage is the differential planetary gear. The total volume of the planetary gear is taken as our objective function, and the number of teeth of the solar gear and the relative ratio coefficient are taken as the design variables. The fmincon function in the MATLAB toolbox is used to optimize our transmission system, and the final design tooth number and proportional coefficient are obtained. (2) calculate the modules of each level, use the Pro/e 3D modeling software to build three-dimensional models of planetary gears, planetary frames, and shafts, and assemble them together. Thus the three-dimensional model of transmission system is established. The torsional vibration dynamic model of wind power gearbox transmission system is established by means of lumped parameter method. The meshing gears are equivalent to a spring and a damper. Shi Chuan's method is used. [1]. [Taking the meshing stiffness of the second solar wheel and the planetary wheel as an example, the differential equations of torsional vibration of the transmission system are derived by using Lagrange equation. The linear differential equation of free vibration with 16 degrees of freedom is established for the gearbox transmission system of wind power. The natural frequency and the main mode of the system are obtained by using the EIG command in MATLAB. The above research can provide a reference for the design of a wind power gearbox with light weight, satisfying the power requirement and low cost.
【学位授予单位】:西华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH132.41
【参考文献】
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,本文编号:1492130
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