兆瓦級風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動分析及優(yōu)化設計.pdf

1、兆瓦級風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動分析及優(yōu)化設計重慶大學碩士學位論文學生姓名：古西國導師姓名：秦大同教授專業(yè)：機械設計及理論學科門類：工學重慶大學機械工程學院二OO八年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要隨著全球可再生能源市場的迅速發(fā)展，風力發(fā)電逐漸成為能源工業(yè)新的增長點。風力發(fā)電機中的增速齒輪箱是一個重要的機械部件。風力發(fā)電機組的大型化方向發(fā)展對增速箱運行的穩(wěn)定性和高效性提出了很高的要求。由于風速變化的隨機性，增速箱傳動系統(tǒng)在運行

2、中長期受復雜的交變載荷作用而產(chǎn)生振動。這些振動會引起系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疲勞，降低設備的可靠性和增加機組維護工作量。為了降低由于振動導致的齒輪箱故障，提高機組工作的可靠性，提高我國風電機組零部件國產(chǎn)化水平，需要加強對風電增速箱的動態(tài)設計方法的研究。本文通過對1.5MW風力發(fā)電機齒輪箱傳動系統(tǒng)進行耦合振動分析，考慮風載變化和輪齒時變嚙合剛度等因素，建立了傳動系統(tǒng)動力學分析模型。在此基礎上，求出了系統(tǒng)時域數(shù)值響應和解析解，依據(jù)解析解推導了系統(tǒng)動力

3、學優(yōu)化設計的目標函數(shù)，以傳動系統(tǒng)振動小和質(zhì)量輕為目標建立了系統(tǒng)優(yōu)化設計數(shù)學模型，得到了較為理想的齒輪系統(tǒng)參數(shù)。本文主要做了以下幾方面的工作：①采用集中參數(shù)法建立了傳動系統(tǒng)的動力學模型，模型中考慮了輪齒時變嚙合剛度、嚙合阻尼和風載荷等因素，依此模型應用拉格朗日方程推導出了齒輪系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動微分方程。②分析比較系統(tǒng)各種求解方法。采用四階RungeKutta法求出了系統(tǒng)優(yōu)化設計前后的時域數(shù)值響應，依此來評價優(yōu)化設計結(jié)果；利用諧波平衡法求解了系

4、統(tǒng)的解析解，為傳動系統(tǒng)動力學優(yōu)化設計奠定了基礎；③對優(yōu)化設計建模理論進行分析，以齒數(shù)、模數(shù)、傳動比等為設計變量，以行星輪振動加速度幅值最小和傳動系統(tǒng)各齒輪總質(zhì)量最小為目標，建立了增速箱傳動系統(tǒng)動力學優(yōu)化設計模型。④運用MATLAB優(yōu)化工具箱編程完成優(yōu)化設計。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。上述研究可為設計質(zhì)量輕、成本低、振動小、噪聲低的風力發(fā)電機齒輪箱提供參考。關鍵詞關鍵詞：風力發(fā)電機，