變風(fēng)載下變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)的可靠性評估與動力學(xué)特性研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔無污染的新能源，合理開發(fā)利用風(fēng)能可以解決日益嚴(yán)峻的能源短缺以及環(huán)境污染問題。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于發(fā)電量大、振動噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，已成為未來大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要發(fā)展方向。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速通常都很低，為了達(dá)到發(fā)電機(jī)工作所需的轉(zhuǎn)速就需要在葉輪和發(fā)電機(jī)之間連接一個增速齒輪箱。齒輪箱傳動系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其可靠性的高低以及動力學(xué)特性的優(yōu)劣都直接決定著風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作與否。由于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常工作在較為惡劣的環(huán)境條

2、件下，受復(fù)雜隨機(jī)動載荷的影響并且處于高空架設(shè)狀態(tài)，這些都對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性和動力學(xué)特性都提出了很高的要求。因此，對變載荷下變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性和動力學(xué)特性進(jìn)行研究顯得尤為必要。
　　本文受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助，以2MW變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)為研究對象，對其進(jìn)行了可靠性評估和動力學(xué)特性分析。主要研究工作如下：
　　①建立了基于雙參數(shù)威布爾分布的隨機(jī)風(fēng)速模型。根據(jù)實(shí)際風(fēng)場風(fēng)速的平均值以及方差

3、值，求得了威布爾分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，建立了隨機(jī)風(fēng)速模型，對自然風(fēng)場中隨機(jī)變化的風(fēng)速進(jìn)行了模擬；
　　②得到了變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱實(shí)際運(yùn)行時的時變輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。將通過隨機(jī)風(fēng)速模型獲得的風(fēng)載荷作為齒輪傳動系統(tǒng)的外部激勵，分析了變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時齒輪箱輸入功率與風(fēng)速之間的關(guān)系，通過推導(dǎo)得到了齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩與風(fēng)速、輸入轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之間的分段函數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對隨機(jī)風(fēng)載荷進(jìn)行變換得到了齒輪箱時變輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；
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4、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評估。對齒輪失效的主要形式進(jìn)行了分析，求得了齒輪傳動系統(tǒng)的可靠度，對系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性評估；
　?、芙⒘她X輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)模型。在考慮齒輪副時變嚙合剛度、軸承剛度和嚙合誤差等內(nèi)部激勵的基礎(chǔ)上，采用集中質(zhì)量法建立了傳動系統(tǒng)的動力學(xué)模型；
　?、莘治隽藗鲃酉到y(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性。利用matlab求得了傳動系統(tǒng)在時變輸入轉(zhuǎn)矩和內(nèi)部激勵共同作用下各齒輪的振動位移、振動速度和各齒輪副的動態(tài)嚙合力，對