风电齿轮传动系统局部故障动力学建模与振动特征分析

发布时间：2023-05-07 16:55

　　风能作为一种高效清洁的能源越来越受到人们青睐。齿轮箱作为风力发电机组的关键部件,比较容易产生故障,而风力发电机工作环境复杂,维修难度大且费用较高。因此齿轮传动系统的状态监测及早期故障诊断对保持设备的正常运行具有重要意义。本文以齿轮传动系统为研究对象,分析局部故障下的动态特性,研究齿轮传动系统故障机理,为后期故障诊断提供理论依据。本文主要研究内容如下:首先,研究齿轮动力学模型主要激励,分析齿轮系统的典型失效模式及产生原因。时变啮合刚度作为主要的内部激励,比较不同的刚度计算方法。考虑齿轮时变啮合刚度,齿间滑动摩擦,齿间啮合阻尼,建立了6自由度齿轮动力学模型。其次,考虑实际齿廓曲线,将齿廓分为齿廓过渡曲线和渐开线曲线两部分,分别给出啮合点在每部分的截面面积和截面惯性矩。采用能量法,在健康齿轮刚度算法的基础上分析了轮齿裂纹沿齿深方向扩展时的刚度变化规律,并根据裂纹是否穿过轮齿中心线分情况讨论。计算了轮齿单一剥落缺陷的时变啮合刚度,并且研究了剥落缺陷对剪切刚度、弯曲刚度、轴向压缩刚度和赫兹刚度的影响。通过分析齿轮剥落缺陷的演变规律,给出了齿面多个剥落缺陷的计算公式,并计算了不同故障程度的时变啮合...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 故障诊断方法
    1.3 齿轮传动系统研究现状
        1.3.1 齿轮动力模型
        1.3.2 啮合刚度研究现状
        1.3.3 齿轮传动系统动力学特性研究现状
    1.4 项目来源及本文研究内容
第2章 齿轮传动系统内部激励以及动力学建模
    2.1 引言
    2.2 齿轮传动系统主要激励
        2.2.1 刚度激励
        2.2.2 误差激励
        2.2.3 啮合冲击激励
    2.3 齿轮典型故障类型
        2.3.1 裂纹
        2.3.2 点蚀与剥落
        2.3.3 磨损
    2.4 刚度计算方法
        2.4.1 ISO标准公式
        2.4.2 石川法
        2.4.3 有限元法
        2.4.4 能量法
    2.5 齿轮动力学模型
        2.5.1 直齿轮模型
        2.5.2 行星齿轮模型
    2.6 本章小结
第3章 齿轮裂纹故障及剥落故障刚度计算
    3.1 引言
    3.2 轮齿表面完整齿廓曲线
        3.2.1 齿廓过渡曲线
        3.2.2 轮齿渐开线齿廓
    3.3 裂纹故障齿轮时变啮合刚度计算
        3.3.1 裂纹扩展路径
        3.3.2 轮齿裂纹刚度仿真
    3.4 剥落故障齿轮时变啮合刚度计算
        3.4.1 轮齿单一剥落故障
        3.4.2 轮齿单一剥落故障刚度仿真
        3.4.3 轮齿多个剥落故障刚度计算
    3.5 本章小结
第4章 齿轮传动系统振动响应以及故障特征分析
    4.1 引言
    4.2 裂纹故障齿轮传动系统动力学响应仿真
    4.3 剥落缺陷齿轮传动系统动力学响应仿真
    4.4 断齿故障齿轮传动系统仿真分析及试验验证
    4.5 本章小结
第5章 基于时变啮合刚度的振动响应和故障特征分析
    5.1 引言
    5.2 裂纹齿轮故障特征分析
    5.3 剥落缺陷齿轮故障特征分析
    5.4 时域与频域统计指标
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介



本文编号：3810960