1.5MW风电增速箱斜齿轮动力学分析及齿廓修形

【摘要】： 能源是人类社会存在与发展的最重要的物质基础,为了减小能源短缺的压力,保证各个经济领域顺利正常的运行,许多国家纷纷调整能源结构,大力开发新能源。风能作为最清洁、环保的能源,自然成为各国研究的重点。风力发电机组增速箱的许多问题也日益凸显,其中,齿轮系统的振动和噪声成为影响风机正常运行的一个重要的因素。因此,研究增速箱斜齿轮的动力学特性及齿廓修形技术对于提高风机运行的性能具有很大的意义。 本文针对某兆瓦级风力发电机组高速级的斜齿轮,基于振动力学和齿轮动力学的原理和方法,对其动力学性能和齿廓修形进行研究分析。 首先,建立了一对斜齿轮副的弯-扭-轴耦合振动的模型,并进行了模态分析；采用振型叠加法求得了系统的自由振动响应,分析了斜齿轮的主要振动形式。 其次,在考虑了时变啮合刚度和齿侧间隙这两种非线性影响因素的基础上,建立了斜齿轮纯扭振动的数学模型,并通过MATLAB编程,求解了系统振动的位移、速度和加速度,分析了时变刚度和齿侧间隙对斜齿轮扭振性能的影响。 再次,在把修形量作为内部激励的基础上,建立了齿廓修形斜齿轮的数学模型,分析了不同修形参数对斜齿轮扭振加速度的影响,并把扭振加速度均方根值作为评价指标,对修形的参数进行了优化。 最后,基于MATLAB/GUI设计了斜齿轮齿廓修形的分析界面,可以对任何斜齿轮副的修形参数进行优化,并带入一组实例进行计算,导出优化的结果,分析了斜齿轮副的几个基本参数对最优修形参数的影响。 【关键词】：风力发电 斜齿轮动力学 时变刚度 齿侧间隙 齿廓修形
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 国内外风力发电产业发展现状8-11
• 1.2 全球风机系统的技术问题11-12
• 1.2.1 风机系统的故障11
• 1.2.2 国内风电机组的主要问题11-12
• 1.3 齿轮系统的动力学研究现状12-14
• 1.3.1 关于齿轮系统动力学12
• 1.3.2 齿轮系统动力学的数学建模12-14
• 1.4 齿轮修形的研究现状14-15
• 1.5 本文研究的内容15-16
• 2 斜齿轮系统弯-扭-轴耦合振动分析16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 斜齿轮弯-扭-轴耦合振动模型的建立16-18
• 2.2.1 风电增速箱传动形式简介16
• 2.2.2 数学模型的建立16-18
• 2.3 斜齿轮弯-扭-轴耦合系统的模态分析18-20
• 2.3.1 模型中各参数的计算18
• 2.3.2 斜齿轮系统的固有频率和阵型18-20
• 2.4 斜齿轮弯-扭-轴耦合振动响应分析20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 斜齿轮系统非线性振动分析23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 斜齿轮副纯扭振动模型的建立23-24
• 3.3 斜齿轮系统非线性因素的确定24-30
• 3.3.1 关于齿轮非线性动力学24
• 3.3.2 斜齿轮系统时变刚度的确定24-28
• 3.3.3 斜齿轮系统齿侧间隙的确定28-30
• 3.4 动力学模型的化简及其求解30-32
• 3.4.1 动力学模型的化简30
• 3.4.2 各参数的数值化30
• 3.4.3 三种系统的动力学模型及求解方法30-31
• 3.4.4 三种系统的响应曲线图31-32
• 3.5 各因素的对系统振动性能的影响分析32-34
• 3.5.1 齿宽B对时变刚度的影响32-33
• 3.5.2 时变刚度对系统响应的影响33
• 3.5.3 齿侧间隙对系统响应的影响33
• 3.5.4 齿侧间隙的大小对振动的影响33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 4 斜齿轮的齿廓修形分析35-46
• 4.1 引言35-36
• 4.1.1 齿轮修形的目的35
• 4.1.2 齿轮修形的方式和加工工艺35
• 4.1.3 齿廓修形的三要素35-36
• 4.2 斜齿轮齿廓修形基础36-39
• 4.2.1 修形斜齿轮动力学模型的建立36-37
• 4.2.2 修形量在模型中的处理37
• 4.2.3 齿轮系统的动态性能指标37-38
• 4.2.4 修形曲线的选择38-39
• 4.3 斜齿轮修形分析39-43
• 4.3.1 修形长度对振动的影响39-40
• 4.3.2 修形量对性能的影响40-41
• 4.3.3 修形参数对振动的综合影响41-43
• 4.4 修形曲线的优化43-45
• 4.4.1 抛物线修形二次项系数的优化43-44
• 4.4.2 指数函数曲线指数n的优化44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 斜齿轮齿廓修形GUI界面设计及实例分析46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 图形用户界面设计工具46-48
• 5.2.1 MATLAB/GUI简介46-47
• 5.2.2 GUI设计原则与步骤47-48
• 5.3 斜齿轮齿廓修形图形界面的设计48-50
• 5.3.1 总体设计思路48
• 5.3.2 图形界面的介绍48-50
• 5.4 实例分析50-53
• 5.4.1 对照组斜齿轮副基本参数50-51
• 5.4.2 各参数影响的对比51-53
• 5.4.3 对比结果分析53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 总结和展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-58
• 附录58

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