兆瓦級風(fēng)力機增速齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)分析與動態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、齒輪增速箱是風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件，由于其在隨機自然風(fēng)場和野外高空架設(shè)等使用環(huán)境下運行，要求比一般機械系統(tǒng)具有更高的可靠性和使用壽命。兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組多采用行星齒輪傳動系統(tǒng)，具有低速重載變載荷變轉(zhuǎn)速運行的特點。針對風(fēng)力發(fā)電傳動系統(tǒng)的實際工況特點，研究多級行星齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)性能，有利于突破大型風(fēng)電能源裝備傳動裝置的核心技術(shù)，推動大型風(fēng)電傳動裝備設(shè)計制造的國產(chǎn)化進(jìn)程。
　　本課題研究的從系統(tǒng)角度出發(fā)，用科學(xué)的建模取代半經(jīng)驗的計算，

2、用先進(jìn)的的動態(tài)設(shè)計取代傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計，用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)設(shè)計出較為理想的振動小、質(zhì)量輕的齒輪系統(tǒng)裝置。本文在引入以隨機風(fēng)載為主要外部激勵，并考慮嚙合振動主要內(nèi)部激勵的條件下，研究風(fēng)力發(fā)電機增速齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)特性，主要研究內(nèi)容包括:
　　1.根據(jù)機械振動理論，將齒輪副處理為嚙合線上的阻尼彈簧，采用集中參數(shù)法建立傳動齒輪系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)振動力學(xué)模型，并導(dǎo)出其振動微分方程，并對系統(tǒng)的輪齒嚙合剛度、內(nèi)部時變載荷和外部時變風(fēng)載等主要激勵因

3、素進(jìn)行了分析。
　　2.根據(jù)近海風(fēng)場自然風(fēng)的特性，基于威布爾分布特征建立了用于隨機模擬風(fēng)速模型，運用風(fēng)力機氣動理論建立了風(fēng)力機氣動載荷計算模型，建立了反映風(fēng)力發(fā)電機組運行過程的風(fēng)-機-電聯(lián)合仿真模型，利用該模型進(jìn)行仿真計算，得到風(fēng)電傳動系統(tǒng)的外部動載荷，并分析了該動載荷的作用規(guī)律和性質(zhì)。
　　3.用UG軟件建立了包含齒輪副、傳動軸和箱體的齒輪系統(tǒng)完整的幾何和物理三維模型，用ANSYS軟件對上述齒輪系統(tǒng)進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，得

4、到了齒輪系統(tǒng)的固有特性;預(yù)估了在齒輪動態(tài)激勵下齒輪箱的動態(tài)響應(yīng)，較全面地研究了齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性。
　　4.利用改進(jìn)遺傳優(yōu)化設(shè)計算法，以齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角等為設(shè)計變量，齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)性能最優(yōu)和各齒輪總質(zhì)量最小為目標(biāo)，建立了增速箱傳動系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計模型。與優(yōu)化前相比較，優(yōu)化后的傳動系統(tǒng)重量減輕、低階固有頻率明顯提高、動態(tài)特性明顯改善。
　　5.進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機機艙內(nèi)，對正在運行的齒輪系統(tǒng)進(jìn)行了實驗研究，得到了齒輪箱表面徑向