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TY型风电齿轮箱行星传动系统动力学分析

发布时间:2018-12-18 03:20
【摘要】:随着社会的高速发展,工业化进程的加速,环境与能源的可持续发展问题已经成为人们生存与发展面临的首要问题。风力发电具有建设周期短、装机规模灵活、不污染环境、不消耗燃料等优点,被世界各国优先采用。风电齿轮箱作为风电机组机械传动系统中最重要而又最脆弱的部件,起着增速降扭的作用,其设计的合理性严重影响到风电机组的正常运行。我国已经是风电装机容量最多的国家,成为名副其实的风电大国,但还不是风电强国,在风电设备制造方面与发达国家还有一定的差距。目前,我国还没有完全掌握大型风电齿轮箱设计制造核心技术,造成国产大型风电齿轮箱故障率居高不下。因此,对风电齿轮箱进行系统分析与研究对促进我国风电制造业的健康发展有着重要意义。 本文以TY型兆瓦级风电齿轮箱为研究对象,首先对其进行动力学仿真分析研究,之后根据分析结果对潜在薄弱环节提出改进方法,最后对风电齿轮箱齿轮传动系统进行了共振分析。主要研究内容和研究成果有以下几方面: 1)详细分析了TY型风电齿轮箱结构,并与主流机型进行分析对比,TY型主要区别之处在于均载方式上:第一传动级采用太阳轮浮动均载而第二传动级采用行星架浮动均载。 2)分析了风电齿轮箱所受载荷,讨论了风电齿轮箱交变载荷处理方法,并对实际交变载荷进行了等效处理。 3)在考虑结构系统影响的前提下,搭建了刚柔耦合TY型风电齿轮箱虚拟样机,实现了Pro/E、 Hypermesh、 Romax Designer联合仿真,对导入部件进行了静强度分析,并以此检测导入部件是否参与系统传动。 4)在考虑冲击载荷的影响下,对TY-1型风电齿轮箱传动系统进行了多工况稳态分析,分析找出了4个薄弱部件:高速级上风侧两个轴承、第一传动级太阳轮、高速级输出小齿轮。通过分析发现:高速轴上风侧轴承动态承载能力不够;低速轴上风侧轴承受边缘载荷作用;故障齿轮接触疲劳损伤严重,啮合错位造成齿面载荷分布不均局部应力过大,齿面易产生疲劳点蚀;冲击载荷加剧了各部件疲劳损伤,降低了各部件的寿命。为此,将高速轴上风侧轴承更换成高动态承载能力轴承,将低速轴的固定—游动支承方式调整成两端固定支承方式,各轴承寿命均达到设计要求,同时减小了低速轴自由端的变形量,降低了对第二级齿轮传动的影响。另外,通过齿轮修形改善了由啮合错位所造成的齿面载荷分布不均现象,减小了齿轮传动误差,提高了齿轮传动的动态稳定性。 5)对TY型风电齿轮箱进行共振分析,找出潜在共振响应点。利用Romax动力分析模块求解出系统前40阶固有频率及振型,采用Campbell图对系统进行共振分析,在特征频率作用下系统存在10个潜在共振响应点特别是5、11、24阶固有频率落入了风机主要运行区,通过分析共振点处的振型,可知共振主要引起各齿轮扭摆与径向窜动。
[Abstract]:With the rapid development of society and the acceleration of the industrialization process, the problem of the sustainable development of environment and energy has become the primary problem for people's survival and development. The wind power generation has the advantages of short construction period, flexible installation capacity, no environmental pollution, no fuel consumption and the like, and is adopted by the countries in the world. As the most important and most vulnerable component in the mechanical transmission system of the wind turbine, the wind power gearbox plays a role of increasing the speed and torque, and the rationality of its design seriously affects the normal operation of the wind power unit. China is already the most powerful country of the wind power installed capacity, and it is the real power of the wind power, but it is not the power of the wind power, and there is still a certain gap between the manufacturing of wind power equipment and the developed countries. At present, China has not fully mastered the core technology of large-scale wind power gearbox design, resulting in high failure rate of domestic large-scale wind power gearbox. Therefore, the system analysis and research on the wind power gearbox is of great significance to promote the healthy development of the wind power industry in China. In this paper, the TTY-type megawatt wind power gearbox is used as the research object, and the dynamic simulation and analysis are carried out firstly, and then the potential weak link is improved according to the analysis result, and finally, the gear transmission system of the wind power gearbox is provided with the resonance function. The main research contents and research results are as follows: Surface: 1) The structure of the TTY type wind power gearbox is analyzed in detail, and compared with the main flow type, the main difference of the TY type is the load load In the mode, the first transmission stage adopts the floating load of the sun gear and the second transmission stage adopts a planet carrier to float, the load of the wind power gearbox is analyzed, the method of the alternating load treatment of the wind power gearbox is discussed, and the actual alternating load is carried out. 3) Under the premise of considering the influence of the structural system, the virtual prototype of the rigid-flexible coupling TY-type wind power gearbox is built, and the joint simulation of Pro/ E, Hypermesh and Roman Designer is realized, and the static strength analysis is carried out on the lead-in component, and the lead-in component is detected by using the virtual prototype. No participating in the system transmission. 4) Under the influence of the impact load, the multi-condition steady-state analysis of the transmission system of the TY-1 type wind power gearbox is carried out, and four weak components are found: the two bearings at the upper hand side of the high-speed stage, the first transmission stage sun gear, and the low-speed shaft upper side bearing is subjected to the edge load action, the failure gear contact fatigue damage is serious, the meshing dislocation causes uneven local stress distribution of the tooth surface load distribution, the tooth surface is easy to generate fatigue point corrosion, and the impact load increases the fatigue damage of each component, and the service life of each component is reduced, and the high-speed shaft upper-hand bearing is changed into a high dynamic bearing capacity bearing, the fixed rolling bearing mode of the low-speed shaft is adjusted into two-end fixed supporting mode, the service life of each bearing reaches the design requirement, and meanwhile, the bearing life of each bearing is reduced, the deformation of the free end of the speed shaft is reduced, in addition, through the gear repair, the uneven distribution of the load of the tooth surface caused by the meshing dislocation is improved, the transmission error of the gear is reduced, and the teeth are improved. Dynamic stability of the wheel drive. 5) Resonance separation of the TY type wind power gearbox In this paper, we find out the potential resonance response points. Using the Romax power analysis module to solve the first 40-order natural frequency and vibration mode of the system, using the Campbell diagram to analyze the system, there are 10 potential resonance response points, especially 5, 11, and 24-order inherent frequency in the system under the characteristic frequency effect. The rate falls into the main operating area of the fan. By analyzing the vibration mode at the resonance point, it is found that the resonance is the main
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH132.41

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本文编号:2385244

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