基于有限元法的风电机组齿轮箱结构模态分析

【摘要】：在双馈风力发电机组中,齿轮箱是其关键部件之一。本文以一种典型的1500kW风电机组齿轮箱为研究对象,对其结构动态特性进行分析,主要研究内容包括： 1)基于Pro/E软件的齿轮箱建模。首先运用Pro/E的参数化建模功能对齿轮箱内的所有斜齿轮进行统一参数化建模,并对该齿轮箱内的其余零部件,包括输入主轴、前箱盖、轴套等进行建模；在此基础上,根据齿轮箱内各个零部件的相对位置,对建好的所有零部件模型进行装配,并根据各个部件之间的实际连接情况,设置相互之间的连接属性,实现了齿轮箱内复杂运动结构的三维建模及装配。 2)采用两种方法对齿轮箱结构动力学特性的有限元分析。第一种方法是将齿轮箱整体的Pro/E三维模型导入Pro/MECHANICA有限元分析软件中,分别高速级齿轮副和低速级行星架直接进行动力学模态分析,求出了其固有频率和主振型；第二种方法是将Pro/E模型先导入Pro/MECHANICA,完成有限元分析的定义和划分网格,并生成批处理作业命令文件后,通过Pro/MECHANICA与ANSYS的接口将生成的命令文件导入ANSYS,在ANSYS中进行有限元分析。 3)对分别利用这两种分析方法所得的低速级行星架和高速级齿轮副的模态分析结果进行对比分析,结合Pro/MECHANICA和ANSYS这两个有限元分析软件各自的优劣势,探讨了一种将这两个有限元分析软件综合利用的方法,为解决复杂装配体的模型导入和兼容性问题提供了一个较好的可行性方法。 【关键词】：风电机组 齿轮箱 Pro/MECHANICA ANSYS 动力学 模态分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 风电机组齿轮箱发展现状10-13
• 1.2.1 齿轮动力学分析的基本方法10-11
• 1.2.2 风电齿轮箱设计与制造现状11
• 1.2.3 风电齿轮箱动力学研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 齿轮动力学与有限元分析方法14-24
• 2.1 齿轮传动动力学14-17
• 2.1.1 理论体系14-15
• 2.1.2 齿轮啮合模态分析理论15-16
• 2.1.3 齿轮啮合模型简化、单元类型选择与网格划分16-17
• 2.2 有限元法的基本思想17-19
• 2.2.1 差分法17
• 2.2.2 变分法17-18
• 2.2.3 有限元法18-19
• 2.3 动力学分析有限元法19-24
• 2.3.1 结构离散19
• 2.3.2 单元分析19-21
• 2.3.3 总体矩阵集成21-22
• 2.3.4 固有特性分析22-24
• 第3章 基于Pro/E的风电齿轮箱建模及运动仿真24-38
• 3.1 风电机组齿轮箱基本结构24-26
• 3.2 某型号1500kW风电机组齿轮箱介绍26-29
• 3.2.1 齿轮箱结构26-27
• 3.2.2 齿轮箱主要设计参数确定27-28
• 3.2.3 风电机组齿轮箱基本参数28-29
• 3.3 齿轮箱建模及装配29-34
• 3.3.1 Pro/E软件简介29-30
• 3.3.2 斜齿轮参数化建模30
• 3.3.3 齿轮零部件建模及装配30-33
• 3.3.4 其它结构建模及装配33-34
• 3.4 运动仿真与分析34-38
• 3.4.1 运动仿真34-37
• 3.4.2 分析37-38
• 第4章 齿轮箱关键部件有限元模态分析38-53
• 4.1 分析软件简介38-43
• 4.1.1 Pro/MECHANICA38-41
• 4.1.2 ANSYS简介41-42
• 4.1.3 Pro/MECHANICA和ANSYS优劣势比较42-43
• 4.2 高速级齿轮副模态分析43-47
• 4.2.1 基于Pro/MECHANICA的有限元模态分析43-45
• 4.2.2 基于ANSYS的有限元模态分析45-47
• 4.3 低速级行星架模态分析47-50
• 4.3.1 基于Pro/MECHANICA的有限元模态分析47-49
• 4.3.2 基于ANSYS的有限元模态分析49-50
• 4.4 分析对比50-51
• 4.5 小结51-53
• 第5章 结论和展望53-55
• 5.1 结论53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-59
• 致谢59

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