兆瓦級以上風電齒輪箱傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、隨著全球可再生能源市場的迅速發(fā)展和人類對環(huán)境保護意識的增強，人們開始把目光集中到新能源的開發(fā)上來。風力發(fā)電逐漸成為能源工業(yè)新的增長點。風力發(fā)電齒輪箱作為風力發(fā)電機組中傳遞動力的重要部件之一，其傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能，直接影響到整個風力發(fā)電機組的正常運轉(zhuǎn)。齒輪箱的傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了齒輪箱的整體體積。由于風力發(fā)電齒輪箱傳動系統(tǒng)在運行的過程中，它的動力源是無時無刻在變化的自然風。這必然使傳動系統(tǒng)產(chǎn)生振動。為了減小風電齒輪箱的體積和減小傳動系統(tǒng)

2、的振動、降低噪音，需要對風力發(fā)電齒輪箱的傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模態(tài)進行分析。
　　 本文對1.5MW風力發(fā)電齒輪箱傳動系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)的選擇和優(yōu)化并在考慮齒輪嚙合剛度的時變性、外部激勵和內(nèi)部激勵等因素的情況下，對優(yōu)化后的傳動系統(tǒng)建立了扭轉(zhuǎn)振動動力學模型。在此基礎(chǔ)上，建立了多自由度的自由振動線性微分方程，并對其進行求解，得到傳動系統(tǒng)的固有頻率和主振型。為下一步對傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)的研究打下基礎(chǔ)。
　　 本文主要做了以下幾方面的工作

3、：
　　 (1)設(shè)計了一種風電齒輪箱的傳動系統(tǒng)，該傳動系統(tǒng)采用功率分流式三級行星齒輪機構(gòu)，第三級為差動行星齒輪。以行星齒輪的總體積作為我們的目標函數(shù)，以太陽輪的齒數(shù)和相關(guān)的比例系數(shù)為設(shè)計變量，使用MATLAB工具箱里面的fmincon函數(shù)對我們的傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化。得到我們最終的設(shè)計齒數(shù)和比例系數(shù)。
　　 (2)計算出每一級的模數(shù)，使用Pro/e三維建模軟件，建立行星齒輪、行星架，軸的三維模型。并把它們裝配在一起，從而建立

4、起傳動系統(tǒng)的三維模型。
　　 (3)采用集中參數(shù)法建立風電齒輪箱傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動動力學模型，把相互嚙合的齒輪等效成一根彈簧和一個阻尼器。采用石川法[1][2]來計算齒輪的嚙合剛度。以第二級太陽輪與行星輪的嚙合剛度為例，進行了相關(guān)的計算。使用拉格朗日方程推導出傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動微分方程。
　　 (4)對風電齒輪箱傳動系統(tǒng)建立16自由度的自由振動線性微分方程，使用MATLAB中的EIG命令來求出系統(tǒng)的固有頻率和主振型。