新型风电偏航驱动减速机减振降噪机理与仿真分析

【摘要】：近年来,兆瓦级风电机组已发展成为利用风能的主流风电设备。而对兆瓦级风电机组起偏航作用的偏航驱动减速机往往存在振动噪声较大,可靠性较差以及寿命不长等缺点,直接影响兆瓦级风电机组的运行性能和周边的环境。因此,如何有效确定体积、重量、强度和刚度将有望成为从技术上解决新型风电偏航驱动减速机振动噪声、寿命和可靠性等问题的一种有效措施。 为此,本文以国家“十一五”科技支撑计划重点项目[2006BAJ04B04]为依托,针对新型风电偏航驱动减速机的振动噪声产生机理,考虑额定工况下行星齿轮和活齿销对箱体的动态激励对风电偏航驱动减速机系统进行动力学仿真分析、模态分析、振动响应求解、辐射噪声预测和板块贡献量分析,并以此为基础进行偏航驱动减速机的减振降噪研究,论文的主要工作和创新点如下： (1)分析了风电偏航驱动减速机的传动机理、振动噪声激励以及传动系统的主要激励情况,找出了风电偏航驱动减速机振动噪声的主要激励,并提出了风电偏航驱动减速机减振降噪的研究思路。 (2)建立了新型风电偏航驱动减速机动力学模型和进行了动力学仿真,得到了输入、输出转速、齿轮动态啮合力和活齿销接触力的时域规律,仿真结果表明,活齿销的最大工作应力小于材料的许用应力,满足强度要求。 (3)在模态分析理论和动力学仿真结果的基础上,建立了减速机箱体的有限元模型,并对箱体进行了模态分析以及基于模态的强迫响应分析,结果表明：箱体的振动速度频率响应曲线峰值频率主要位于低频带,输入端的振动速度比较大,但额定工况下新型风电偏航驱动减速机箱体仍然不会发生共振现象。 (4)采用箱体的振动速度定义速度边界条件,分别利用直接边界元法和ATV法对偏航驱动减速机箱体进行了辐射噪声预测和声学贡献量分析,结果表明,箱体的双联法兰回转外壳和机座为主要噪声来源,并可通过结构改进措施实现新型风电偏航驱动减速机的减振降噪。 【关键词】：偏航驱动减速机 虚拟样机 仿真 模态分析 噪声预测 减振降噪
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究背景与研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状与发展概况13-17
• 1.2.1 风力发电国内外发展现状13-15
• 1.2.2 减速机国内外研究现状15-16
• 1.2.3 振动噪声国内外研究现状16-17
• 1.3 数值模拟研究与应用17-19
• 1.3.1 模拟工具17
• 1.3.2 虚拟样机技术在机械工程中的应用17-18
• 1.3.3 ADAMS在机械系统动力学仿真方面的应用18-19
• 1.3.4 LMS Virtual.Lab在振动噪声分析和预测方面的应用19
• 1.4 研究思路与文章结构19-22
• 1.4.1 研究思路19-20
• 1.4.2 文章结构20-22
• 第2章 新型风电偏航驱动减速机噪声与振动机理22-34
• 2.1 声学基础理论22-25
• 2.1.1 声学基本概念22-23
• 2.1.2 理想流体媒质的三个基本方程23-24
• 2.1.3 三维声波方程24
• 2.1.4 声波的辐射机理24-25
• 2.2 振动的物理量度及评价标准25-26
• 2.2.1 振动的物理量度25
• 2.2.2 振动的评价标准25-26
• 2.2.3 振动与噪声的关系26
• 2.3 新型风电偏航驱动减速机的传动机理分析26-29
• 2.3.1 新型风电偏航驱动减速机传动系统结构的确定26-27
• 2.3.2 一级行星齿轮传动机理分析27-28
• 2.3.3 活齿传动的分类和特点28
• 2.3.4 二、三级销轴式活齿传动机理研究28-29
• 2.4 新型风电偏航驱动减速机振动噪声机理29-33
• 2.4.1 齿轮系统振动噪声的产生机理及影响因素29-31
• 2.4.2 齿轮传动系统的动态激励分析31
• 2.4.3 新型风电偏航驱动减速机振动噪声的产生机理31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 新型风电偏航驱动减速机动力学仿真分析34-53
• 3.1 虚拟样机的实体建模与虚拟装配34-38
• 3.2 Pro/E与ADAMS之间的模型转换与简化38-39
• 3.3 偏航驱动减速机虚拟样机的动力学建模39-44
• 3.3.1 动力学仿真分析的步骤40
• 3.3.2 多刚体系统动力学理论及建模要求40-41
• 3.3.3 减速机虚拟样机动力学模型的建立41-44
• 3.4 动力学方程与算法44-49
• 3.4.1 多刚体系统动力学的微分代数方程分析44-47
• 3.4.2 新型风电偏航驱动减速机动力学方程47
• 3.4.3 新型风电偏航驱动减速机动力学仿真算法47-49
• 3.5 动力学仿真分析49-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 新型风电偏航驱动减速机箱体的振动响应求解53-66
• 4.1 模态分析理论53-54
• 4.2 偏航驱动减速机箱体的模态分析54-59
• 4.2.1 箱体有限元模型的建立54-55
• 4.2.2 模态计算55-59
• 4.3 偏航驱动减速机箱体的振动响应分析59-65
• 4.3.1 减速机箱体的动态激励59-60
• 4.3.2 减速机箱体结构振动响应分析60-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 新型风电偏航驱动减速机噪声预测与减振降噪研究66-82
• 5.1 声辐射直接边界元法66-68
• 5.2 ATV与板块贡献量理论68-69
• 5.2.1 ATV理论68
• 5.2.2 板块贡献量描述68-69
• 5.3 偏航驱动减速机的噪声预测与分析69-73
• 5.3.1 声学边界元模型的建立70-71
• 5.3.2 减速机箱体的辐射声场计算与噪声预测71-73
• 5.4 基于ATV的板块贡献量分析73-76
• 5.4.1 ATV计算74-75
• 5.4.2 板块贡献量计算与分析75-76
• 5.5 减振降噪研究76-80
• 5.5.1 改进设计方案的确定76-77
• 5.5.2 改进前后的噪声对比与分析77-80
• 5.6 本章小结80-82
• 第6章 结论82-83
• 6.1 全文总结82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-87
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录87-88
• 致谢88

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