风电增速箱非线性振动噪声分析及动力优化

【摘要】：增速齿轮箱是风力发电机重要的传动部件。由于机组工作环境恶劣、可维性差，对齿轮箱提出了高可靠性、长寿命等性能要求，而齿轮传动系统的非线性振动特性在一定程度上反映了齿轮箱的综合性能，因此，开展风电增速箱振动噪声分析和动力优化方法研究，对解决其减振降噪问题具有重要理论意义和工程应用价值。 论文课题来源于国家科技支撑计划项目。综合运用齿轮啮合原理、非线性振动理论以及优化设计方法，对风电增速齿轮箱进行非线性振动噪声分析及动态响应优化。本文的主要研究工作如下： ①在ANSYS软件中，建立了风电增速箱动力有限元分析模型，采用分块Lanczos法进行模态分析，得出增速箱的固有频率及固有振型；考虑时变啮合刚度、阻尼、齿侧间隙、传动误差等非线性因素，通过数值模拟得到齿轮系统刚度激励、误差激励及冲击激励等内部激励，运用完全法对齿轮系统进行非线性动态响应分析，得出增速箱振动位移、振动速度及振动加速度。 ②根据风电增速箱的动态响应计算结果，提取箱体外表面上节点时域振动位移，经过傅里叶变换转换成频域响应，以此为边界条件在SYSNOISE中建立箱体声学边界元分析模型，采用直接边界元法进行辐射噪声预估，得出箱体表面的声压云图及外声场场点的辐射噪声。 ③以增速箱箱体结构参数为设计变量、箱体体积为状态变量、箱体表面加速度均方根值为目标函数，构建风电增速箱动力优化模型，采用一阶优化方法进行增速箱动态响应优化，求解得到设计变量最优解，并对优化设计后增速箱的静强度及振动特性进行评价。 【关键词】：风电增速箱 振动分析 噪声预估 有限元法与边界元法 响应优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB533;TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题的研究意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 齿轮系统振动特性研究8-10
• 1.2.2 齿轮箱辐射噪声研究10-11
• 1.2.3 齿轮系统动力学优化研究11-12
• 1.2.4 增速齿轮箱振动噪声研究12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 风电增速箱非线性振动特性分析14-36
• 2.1 引言14
• 2.2 基于有限元法的振动分析理论14-17
• 2.2.1 模态分析15
• 2.2.2 动态响应分析15-17
• 2.3 风电增速箱动力有限元分析模型17-19
• 2.4 风电增速箱模态分析19-23
• 2.5 风电增速箱非线性动态响应分析23-34
• 2.5.1 齿轮系统内部动态激励数值模拟23-25
• 2.5.2 增速箱动态响应分析模型25
• 2.5.3 动态响应分析结果25-34
• 2.6 本章小结34-36
• 3 风电增速箱辐射噪声预估36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 声学边界元法36-39
• 3.2.1 声场边界条件36-37
• 3.2.2 直接边界元法37-39
• 3.3 风电增速箱箱体辐射噪声分析39-48
• 3.3.1 增速箱箱体声学边界元模型39-40
• 3.3.2 箱体表面声压计算结果40-43
• 3.3.3 外声场噪声计算结果43-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 风电增速箱动态响应优化50-70
• 4.1 引言50
• 4.2 优化设计的基本知识50-51
• 4.2.1 优化问题的数学模型50
• 4.2.2 ANSYS 的优化方法50-51
• 4.2.3 ANSYS 的优化设计流程51
• 4.3 风电增速箱动态响应优化模型51-54
• 4.3.1 目标函数51-52
• 4.3.2 设计变量52-54
• 4.3.3 状态变量54
• 4.4 风电增速箱动力响应优化结果54-58
• 4.5 风电增速箱响应优化结果评价58-68
• 4.5.1 箱体静强度评价59-60
• 4.5.2 齿轮系统固有特性评价60-63
• 4.5.3 齿轮系统动态响应评价63-68
• 4.6 本章小结68-70
• 5 结论与展望70-72
• 5.1 结论70
• 5.2 展望70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 附录78
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录78
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目78

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