风电齿轮箱传动系统振动及可靠性分析

【摘要】：随着世界经济高速发展,环境问题日益严峻,伴随着资源告罄的现状,世界各国都在努力发掘新能源来代替传统化石能源。从成本角度来看,风能最具有开发价值,风电机组向着大型化发展,装机容量更是每年稳步提高。然而,风电装备的大型化,衍生出许多前所未有的科学问题:首先,因为风电装备越来越大,建模时所考虑的因素越来越多。其次,其所承受的载荷越来越复杂,为如何系统的分析风电装备的动力学特性增加了困难。最后,因为装机容量越来越多,风电装备的故障率大幅度提高,如何降低风电装备的故障率成为大力发展风电产业的关键。鉴于此,本文从上述工程问题出发,以2MW风电齿轮箱传动系统为研究对象,从齿轮传动系统动力学的角度出发,探究风电齿轮箱传动系统的振动特性;进而,分析其振动特性与可靠性之间的关系,应用可靠性基本理论与方法研究风电齿轮箱传动系统的可靠性,从而为风电齿轮箱的设计和制造提供理论参考。具体研究内容包含以下3个方面:(1)考虑零部件自身的重力及轴的弯矩对传动系统均载的影响,结合齿轮传动系统动力学理论建立其动力学方程;为实现齿轮箱传动系统中各传动级之间的关联,本文应用联接构件代替零件的方法建立传动系统的刚度矩阵和质量矩阵;最终,采用实测风载荷作为激振力,建立整个系统的振动矩阵模型。(2)应用频率方程对齿轮箱传动系统进行振动特性分析,得出齿轮箱传动系统的固有频率以及模态向量;之后采用给定解形式的方法求解齿轮箱传动系统的振动微分方程,将实测风载荷作为齿轮箱的外部激励,得到各零部件的振动响应图。(3)将激振力频率与系统固有频率应用条件概率思想建立可靠性模型,求解各了零部件的振动可靠性;把各零部件可靠性应用串联系统可靠性理论转换成风电齿轮箱传动系统的系统可靠性,求解了风电齿轮箱传动系统的振动可靠性。以上工作通过建模、求解、分析的传统动力学问题研究方法,结合实测数据,系统的分析了风电齿轮箱传动系统的振动特性,进而应用其振动特性得到了齿轮传动系统的可靠性,在一定程度上解释了齿轮箱传动系统振动特性与振动可靠性之间的关系,为风电齿轮箱传动系统的设计和制造提供了理论基础。 【关键词】：风电齿轮箱 振动微分方程 固有频率 振动响应 可靠性
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH132.41
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 风电齿轮箱振动特性研究现状13-15
• 1.2.2 风电齿轮箱振动可靠性研究现状15-16
• 1.3 主要内容16-18
• 第2章 风电齿轮箱传动系统振动模型18-34
• 2.1 振动理论简介18-20
• 2.2 研究对象简介20
• 2.3 风电齿轮箱传动系统的动力学物理模型20-23
• 2.3.1 行星传动系统动力学模型21-22
• 2.3.2 各零部件力学模型22-23
• 2.4 风电齿轮箱传动系统的振动微分方程23-33
• 2.4.1 各零部件间的相对位移23-25
• 2.4.2 各零部件的振动微分方程25-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 风电齿轮箱传动系统振动特性34-50
• 3.1 模态分析简介34
• 3.2 固有频率34-43
• 3.2.1 求解系统固有频率35
• 3.2.2 求解系统模态向量35-42
• 3.2.3 固有频率结果分析42-43
• 3.3 振动微分方程求解方法43-44
• 3.4 振动响应44-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 风电齿轮箱传动系统振动可靠性50-59
• 4.1 可靠性简介50-52
• 4.2 零部件振动可靠性52-56
• 4.2.1 激振力频率52-56
• 4.2.2 固有频率56
• 4.3 可靠性计算56-58
• 4.3.1 零部件可靠性模型56-57
• 4.3.2 系统可靠性模型57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 总结和展望59-61
• 总结59
• 创新点59-60
• 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文66

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