柔性销轴式风电齿轮箱动力学研究

发布时间：2020-03-26 02:34

【摘要】：课题来源于国家“十一五”科技支撑计划资助项目“高速、重载、精密机械传动系统关键技术研究”(2006BAF01B07-02)及国家“十二五”科技支撑计划课题“7MW级风电齿轮箱及主轴轴承产业化关键技术研究（2012BAA01B05）”。 随着风力发电设备向单级大功率方向发展，更大功率风电齿轮箱的需求变的越来越迫切。刚性设计类型的齿轮箱不利于行星轮均载，对设计、制造及安装要求高，因此在齿轮箱系统中增加柔性是一种重要的的选择。在传统的风电齿轮箱设计中仅浮动太阳轮或行星架难以满足大功率齿轮箱发展需求，而行星轮悬臂式柔性销轴均载技术可以有效解决这个问题。同时，为获得更大齿轮箱功率密度而增加行星轮个数时，往往受限于行星架跨坐支撑的位置约束，而悬臂式行星轮销轴结构可减少跨坐式行星架的结构需要，更有利于增加行星轮个数和方便调整相位角。虽然行星轮悬臂式柔性销轴的这些优点使其具有较高的应用价值，但由于缺乏柔性销轴类型行星传动系统动力学研究，为此类复杂齿轮箱设计造成一定困难。论文结合太阳轮浮动和销轴柔性的准“双浮动”风电齿轮箱的结构特点，利用动力学研究方法，对柔性销轴式风电齿轮箱的均载、耦合特性、动态响应等展开研究，对于柔性销轴式风电齿轮箱设计具有重要意义。 论文的主要内容如下： ①建立多浮动构件的风电齿轮箱行星级齿轮传动系统动力学模型，对行星轮动态均载进行研究。基于能量法得到销轴刚度与轮齿刚度计算公式，推导柔性销轴误差情况下的啮合刚度与啮合相位的时变函数。 ②研究销轴误差与齿轮误差对动态均载影响。根据销轴位置误差与齿轮偏心误差的激励特征，，综合考虑销轴刚度、外部载荷以及多销轴误差布置等影响因素，分析两类误差对行星齿轮动态载荷变化规律。 ③基于边界协调条件建立柔性销轴式风电齿轮箱传动系统耦合动力学模型，对系统存在的模态类别、模态应变能及动态响应进行研究，归纳总结出传动系统中存在的五类模态特征，研究单级模态与耦合模态的异同、销轴刚度对模态频率的影响；研究模态应变能的分布规律及动态响应特征；研究设计参数对动态响应的影响。 ④基于传动系统与箱体结构系统耦合边界条件，建立包含箱体支撑刚度、轮齿啮合接触损失、轴承间隙的风电齿轮箱系统非线性动力学模型，对其固有特性、动态响应、非线性规律展开研究，结合有限单元法得到齿轮箱体表面的振动特征。 ⑤在搭建的风电齿轮箱传动试验台上对柔性销轴式风电齿轮箱动态均载进行试验，研究不同载荷作用下行星级齿轮的动态载荷分布规律；对不同载荷下的齿轮箱振动特性进行测试，得到齿轮箱振动响应特征。验证理论分析结果的正确性。
【图文】：

用的柔性行星轮轴式结构。其结构特点是弹性心轴与行星架和心轴外面的弹性轴套过盈连接，弹性套悬臂固定在心轴的自由端，轴套上安装滚动轴承，行星轮在轴承上旋转。当载荷作用于中间或行星轮左端位置时，心轴和轴套产生变形，心轴和行星轮轴线发生倾斜，于是载荷延齿宽方向转移，使轮齿载荷延齿宽分布趋于均匀。

图 2.1 柔性销轴式风电齿轮箱传动系统 (符号含义: s-太阳轮, r-内齿圈, c-行星架,P-行星轮, 1,2,3,4-行星轮序号，中间级齿轮 g1,g2,高速级齿轮 g3,g4).Fig.2.1 The transmission system of wind turbine gearbox with planet gear flexible pins表 2.1 柔性销轴式风电齿轮箱齿轮参数Table.2.1 The parameters of gears of wind turbine gearbox with planet gear flexible pins齿轮级 传动比模数(mm)压力角( )构件 齿数齿宽(mm)质量（Kg）等效质量I/R2(Kg)行星级 1:5.52 15 25齿圈 95 335 1538 1681行星轮 37 315 289 271太阳轮 21 335 205 199行星架 — — 1596 1847中间级 1:5.05 11 20输入齿轮 106 228 1971 1354输出齿轮 21 248 84 71输入齿轮 99 134 410 369
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

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5 林腾蛟;蒋仁科;李润方;杜雪松;;同轴双输出行星减速器振动分析及噪声预估[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年11期

6 鲍和云;朱如鹏;;两级星型齿轮传动动态均载特性分析[J];航空动力学报;2005年06期

7 孙涛,邵长健,沈允文;附加粘弹性阻尼齿轮结构的阻尼计算[J];航空动力学报;1998年03期

8 方宗德,沈允文,高向群;斜齿轮传动的动态特性分析[J];航空学报;1992年02期

9 邵忍平,沈允文,孙进才;齿轮减速器系统可变固有特性动力学研究[J];航空学报;2001年01期

10 李树庭，沈允文，蔺天存;航空齿轮的结构动态设计[J];航空学报;1994年08期

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本文编号：2600820