風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析及動(dòng)力可靠性概率優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，常年經(jīng)受無規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，加之高空架設(shè)、維修困難等原因，對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械系統(tǒng)高得多的要求。作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)需要承受高度不穩(wěn)定的隨機(jī)動(dòng)載荷和比其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)高得多的疲勞循環(huán)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)失效率最高的部件之一。因此，研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為和可靠性對(duì)提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基

2、金資助項(xiàng)目（50975294）——“基于柔性多體動(dòng)力學(xué)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性研究”的研究任務(wù)，依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際工況，針對(duì)其齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和可靠性等問題進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?、亠L(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性分析。
　　基于齒輪動(dòng)力學(xué)理論和Lagrange方程，運(yùn)用集中參數(shù)法建立了某1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型。將風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的彈性模量、質(zhì)量密度、工作齒

3、寬和分度圓直徑視為隨機(jī)變量，根據(jù)隨機(jī)攝動(dòng)理論推導(dǎo)了系統(tǒng)特征值統(tǒng)計(jì)特征的表達(dá)式。應(yīng)用隨機(jī)攝動(dòng)法研究了齒輪物理參數(shù)和幾何參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)固有頻率的統(tǒng)計(jì)特征，定量分析了各參數(shù)隨機(jī)變異對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響。
　　②風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析。
　　考慮齒輪時(shí)變嚙合剛度、綜合傳遞誤差和阻尼等因素，建立了考慮制造誤差的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)純扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型?；陔S機(jī)波動(dòng)(SV)模型來獲取風(fēng)場(chǎng)的隨機(jī)風(fēng)速序列，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論得

4、到了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的外部激勵(lì)。系統(tǒng)地分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部激勵(lì)特征，對(duì)剛度激勵(lì)和傳遞誤差進(jìn)行了分析和模擬。提出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)外部載荷和參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的求解方法。通過數(shù)值仿真得到了載荷和參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)各響應(yīng)量和齒輪副間動(dòng)態(tài)嚙合力的統(tǒng)計(jì)特征，并分析了載荷和參數(shù)隨機(jī)變異對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。
　?、圯d荷和參數(shù)隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力可靠性的影響分析。
　　依據(jù)雨流計(jì)數(shù)原則，對(duì)各齒輪副的動(dòng)態(tài)嚙合力進(jìn)行循環(huán)

5、計(jì)數(shù)，得到變幅疲勞載荷的頻次數(shù)。采用Geber二次曲線等效方法計(jì)算得到了隨機(jī)風(fēng)載作用下傳動(dòng)系統(tǒng)等效應(yīng)力幅值和頻次。建立了基于概率疲勞累積損傷理論的風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度模型，利用概率疲勞累計(jì)損傷理論推導(dǎo)計(jì)算了零件及系統(tǒng)的動(dòng)力可靠度。研究了各參數(shù)隨機(jī)變異時(shí)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度隨時(shí)間的變化規(guī)律。分析了參數(shù)隨機(jī)性對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力可靠度的影響，并將計(jì)算結(jié)果與Monte-Carlo法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　④基于動(dòng)力可靠性的系統(tǒng)概率優(yōu)化設(shè)計(jì)

6、
　　根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，以傳動(dòng)系統(tǒng)各構(gòu)件扭轉(zhuǎn)位移均值和體積最小為優(yōu)化目標(biāo)，以影響傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和可靠性的參數(shù)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠度、參數(shù)隨機(jī)性對(duì)可靠性的影響、以及各輪齒正常嚙合的條件和強(qiáng)度等為約束條件，建立了用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性概率優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化問題的求解方法進(jìn)行了探討。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果和Monte Carlo法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)