兆瓦级风电齿轮箱的疲劳可靠性研究

发布时间：2017-09-22 18:09

  本文关键词：兆瓦级风电齿轮箱的疲劳可靠性研究

  更多相关文章： 风电齿轮箱 有限元分析 动力学仿真 疲劳可靠性

【摘要】：增速箱是风力发电机中的重要部件，随着风电机组向着大型化与运行环境更加复杂化的方向发展，要求其应具有更高的可靠性，研究复杂载荷下大功率齿轮箱结构的疲劳寿命及疲劳可靠性，提高其抗疲劳性能，对于大型风电机组零部件关键技术的突破，提升我国风电装备技术水平，促进风电产业健康可持续发展具有重要意义。 本文以某型号2.5MW的风电齿轮箱为研究对象，对齿轮箱传动系统关键零部件的强度与疲劳寿命及疲劳可靠性作了研究。主要工作内容有： （1）根据风机设计的载荷标准，基于线性滤波法模拟了风机工作时的随机风速，并依据风轮叶片气动理论与风机控制特性计算了齿轮箱在多种等级风速下的外部载荷；建立了风机主传动链的等效刚性动力学模型，依据等效刚性动力学模型，，计算了风机紧急停机时的制动载荷，为极限强度分析提供加载依据。 （2）利用有限元方法对齿轮箱的关键传动部件作了强度与刚度校核、高速轴的模态转频校核；分析了柔性销轴在多行星轮传动中的均载作用。 （3）把齿轮箱中因受载变形较大的行星架，柔性销轴当做柔性体，结合各等级风速下齿轮箱的外载荷对齿轮箱进行了刚柔耦合的动力学仿真，得到了各传动部件的载荷谱；利用得到的零部件载荷谱进行了瞬态有限元分析，得到各零件的动态应力应变。 （4）利用疲劳分析软件结合零件静态及瞬态有限元分析结果，对齿轮箱传动系统中的行星架与各齿轮零件进行了不同可靠度条件下的疲劳寿命预测，并计算出各零件在规定设计寿命下的疲劳可靠度。
【关键词】：风电齿轮箱 有限元分析 动力学仿真 疲劳可靠性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TH132.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的背景及研究意义8-13
• 1.2 风电齿轮箱的研究现状13-14
• 1.2.1 风电齿轮箱整体研究状况13-14
• 1.2.2 风电齿轮箱疲劳与可靠性的研究状况14
• 1.3 论文研究的主要内容与技术路线14-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 风电齿轮箱外部载荷分析17-34
• 2.1 风机载荷设计标准17-20
• 2.2 风况模拟20-26
• 2.2.1 平均风速的分布特征20-21
• 2.2.2 时程风速模拟21-26
• 2.3 风电齿轮箱外部激励载荷26-32
• 2.3.1 正常发电时的受载情况26-28
• 2.3.2 制动极限载荷28-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 齿轮箱各级传动部件的极限强度、模态与柔性销轴的均载特性分析34-51
• 3.1 几何模型的建立34-35
• 3.2 极限强度分析35-44
• 3.2.1 齿轮箱极限强度计算标准35-37
• 3.2.2 齿轮箱低速级传动的极限强度分析37-42
• 3.2.3 齿轮箱中间级传动的极限强度分析42-44
• 3.2.4 齿轮箱高速级传动的极限强度分析44
• 3.3 高速轴模态转频校验44-45
• 3.4 柔性销轴的均载特性分析45-49
• 3.4.1 柔性销轴行星传动介绍45-47
• 3.4.2 柔性销轴行星传动均载特性分析47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 风电齿轮箱传动系统的动力学仿真51-63
• 4.1 关于齿轮传动动力学模型的建立51-53
• 4.2 基于 Adams 的齿轮箱传动系统的刚柔耦合动力学仿真53-56
• 4.2.1 柔性体模态中性文件的制作54
• 4.2.2 仿真参数的设置54-56
• 4.3 仿真结果分析56-60
• 4.3.1 平稳启动状况56-58
• 4.3.2 额定等级风速下的工作状况58-60
• 4.4 动力学分析载荷结果的输出及应用60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 疲劳寿命与可靠度计算63-79
• 5.1 疲劳基本理论的介绍63-68
• 5.1.1 疲劳寿命分析方法概述63-64
• 5.1.2 疲劳载荷谱介绍64-65
• 5.1.3 材料的疲劳性能65
• 5.1.4 疲劳累积损伤理论65-67
• 5.1.5 基于应力-强度干涉模型的可靠性设计方法67-68
• 5.2. 结构的疲劳寿命计算68-76
• 5.2.1 基于有限元的虚拟疲劳寿命预测68-70
• 5.2.2 柔性销轴与套筒的疲劳寿命估计70-72
• 5.2.3 齿轮的疲劳寿命估计72-76
• 5.3 疲劳可靠度的计算76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 附录86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李国云;秦大同;;风力发电机齿轮箱加速疲劳试验技术分析[J];重庆大学学报;2009年11期

2 刘锡良,周颖;风荷载的几种模拟方法[J];工业建筑;2005年05期

3 孔勤建;;我国风电齿轮箱行业自主创新发展中的问题与对策[J];风能;2011年07期

4 Dipl.-Ing.R.Grzy bowsk;Dr.-Ing.K.Steing rover;吴强;张妤;宣安光;;风电主齿轮箱技术规范标准化剖析[J];电气制造;2010年03期

5 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

6 张立勇;王长路;刘法根;;风力发电及风电齿轮箱概述[J];机械传动;2008年06期

7 王晶晶;吴晓铃;;风电齿轮箱的发展及技术分析[J];机械传动;2008年06期

8 刘忠明;尚珍;董进朝;张和平;张志宏;;风电增速箱齿轮设计计算若干问题探讨[J];机械传动;2008年06期

9 王国军;阎清东;项昌乐;陈欣;;齿轮随机疲劳载荷计数方法研究[J];机械强度;2006年04期

10 秦大同;周志刚;杨军;陈会涛;;随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析[J];机械工程学报;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨军;风力发电机行星齿轮传动系统变载荷激励动力学特性研究[D];重庆大学;2012年

本文编号：902287