大功率风电增速箱振动响应及结构噪声分析

【摘要】：随着我国经济的发展，对能源的需求量越来越大以及在紧张的供应形势下，风能作为一种重要的新型能源，越来越受重视并且不断地扩大其应用范围，从而不断地触发了风力发电技术快速地往前发展。风电增速箱传动系统作为整个风力发电装备的核心组成部件之一，主要功能是在风载作用下风叶产生的动力通过其增速传递给发电机，因此对风电增速箱系统的可靠性和稳定性提出了很高的要求。 风电齿轮箱正朝着大功率方向发展，在高速、重载以及恶劣的环境下运行，对齿轮箱在正常运转的状态下产生的振动和噪声具有很大的影响，因此研究风电齿轮箱的振动特性及噪声问题显得尤为重要。 本课题来源于国家科技支撑计划项目，以大功率分流式风电增速齿轮箱为研究对象，采用有限元分析方法，研究在内部动态激励下齿轮箱的动态特性及结构噪声问题。本文研究的相关内容如下： ①建立了两级行星轮加一级平行轴风电增速齿轮箱三维实体模型和耦合有限元模型，计算整个系统的传动比和实际载荷作用下的轴承支撑刚度。 ②采用matlab软件编程和有限元模拟仿真的方法，计算了包含时变刚度激励、误差激励和啮入冲击激励在工况下的直齿轮和斜齿轮啮合齿轮副的内部动态激励。 ③在ABAQUS有限元分析模块中，采用Lanczos方法对风电增速箱系统和箱体进行固有特性分析，提取其前20阶固有频率和固有振型。 ④考虑内部动态激励作用下，采用振型叠加法对风电齿轮箱的动态响应进行有限元数值求解，得到相应的位移、速度和加速度振动时域特性曲线，然后经过快速傅里叶变换（FFT）得到各自的频响曲线，并进行齿轮箱振动烈度评价。 ⑤在加速度频响曲线的基础上，根据加速度级1/3倍频程原理计算分析齿轮箱的结构噪声值。 【关键词】：风电齿轮箱 内部动态激励 振动响应 结构噪声 有限元法
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 本文研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外风电发展状况10-12
• 1.2.1 全球风力发电发展现状10-12
• 1.2.2 风力发电技术发展现状12
• 1.3 国内外圆柱齿轮动态啮合刚度研究现状12-14
• 1.4 齿轮箱耦合动力学模型及动态特性研究现状14-16
• 1.5 齿轮箱振动噪声研究现状16-17
• 1.6 论文研究的主要内容17-19
• 第二章 兆瓦级风电齿轮箱模型建立19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 兆瓦级风电增速齿轮箱传动原理19-22
• 2.2.1 增速箱传动结构及齿轮基本参数19-21
• 2.2.2 增速箱齿轮传动比分析21-22
• 2.3 齿轮箱三维几何实体模型22-26
• 2.3.1 齿轮几何模型22-25
• 2.3.2 增速齿轮箱实体模型25-26
• 2.4 滚动轴承刚度26-28
• 2.5 增速箱有限元模型28-30
• 2.5.1 实体模型网格划分28-29
• 2.5.2 增速箱系统有限元模型29-30
• 2.6 小结30-31
• 第三章 风电齿轮箱内部动态激励分析31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 齿轮系统内部动态激励产生的机理31-34
• 3.2.1 啮合刚度形成的机理31-32
• 3.2.2 误差激励形成的机理32-33
• 3.2.3 啮入冲击形成的机理33-34
• 3.3 齿轮啮合传动的动力学方程34-35
• 3.4 齿轮箱内部动态激励计算35-45
• 3.4.1 渐开线圆柱齿轮啮合刚度计算35-40
• 3.4.2 误差激励40-42
• 3.4.3 啮入冲击激励42-44
• 3.4.4 齿轮内部动态激励合成44-45
• 3.5 小结45-47
• 第四章 风电增速箱有限元模态分析47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 有限元模态分析法47-50
• 4.2.1 结构模型离散法47-48
• 4.2.2 模态分析理论48-50
• 4.3 风电增速箱模态分析50-56
• 4.3.1 固有特性计算方法50-52
• 4.3.2 风电增速箱箱体的固有特性求解52-54
• 4.3.3 风电增速箱系统的固有特性求解54-56
• 4.4 小结56-57
• 第五章 风电齿轮箱动态特性和结构噪声分析57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 动态特性分析方法57-62
• 5.3 风电增速齿轮箱动态特性分析62-65
• 5.4 风电增速齿轮箱系统结构噪声分析65-67
• 5.5 小结67-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果77

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