变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

基于动力学和可靠性的风力发电齿轮传动系统参数优化设计

通过建立1.5 MW风力发电齿轮传动系统动力学微分方程,考虑由风速变化引起的外部激励和由时变啮合刚度与综合误差引起的内部激励,应用模态叠加法求解系统的动力学微分方程并给出了使用系数和动载系数的表达式。在此基础上,对齿轮传动系统的优化问题进行了深入研究, 建立以等强度原则和可靠性为约束,以体积最小为目标的优化设计数学模型,利用Matlab的优化工具进行优化,并对实例进行分析计算。分析结果表明,给出的变工况动载荷条件下的风电齿轮传动系统优化设计方法和得到的设计参数,能有效地提高传动系统的可靠度,明显降低重量和体积。     

含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟

利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真,建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的动力学模型,根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值,通过采用Matlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分方程,模拟在扭转激励下,有剥落缺陷系统的动态响应,通过比较得到其与无缺陷系统响应的不同.仿真计算结果表明,该模拟方法能对齿轮传动系统的动力学性能做出较为全面的预测,为齿轮故障诊断提供参考.     

基于承载接触仿真的双重功率分流系统动态特性

为了解决双重功率分流传动系统的动态特性问题,建立该系统的动态力学模型。采用轮齿几何接触分析和承载接触分析方法对齿轮副实际啮合过程进行仿真,得到齿轮副的时变啮合刚度激励,提高了计算的精确度;采用集中质量法,建立了传动系统的弯-扭耦合动力学微分方程;采用自适应变步长四阶龙格-库塔法求解,得到系统的频域和时域响应,分析了各级齿轮副传递的动态载荷的变化特点。结果表明:通过系统动力学模型的建立、求解和分析为其动态设计提供了依据。通过与相关实验进行对比,验证了其正确性。     

含裂纹故障齿轮的风力发电机传动系统动力学特性研究

为了更好地研究轮齿齿根裂纹对齿轮传动系统动态特性的影响,将风力发电机增速齿轮箱中一对啮合轮齿作为研究对象。运用改进能量法计算含有齿根裂纹齿轮的齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和传动误差影响,建立含有齿根裂纹故障的齿轮传动系统6自由度动力学模型。利用四阶Runge-Kutta法对建立的齿轮系统微分方程进行积分求解,得到齿轮系统动力学响应。通过幅频响应曲线、时域图及频域图,综合分析了含有不同深度裂纹故障的齿轮传动系统的动力学特性。最后,通过试验验证齿轮系统理论仿真的正确性,从而为风力发电机齿轮箱中的齿轮系统裂纹故障识别提供理论依据。     

间隙误差条件下辊轧机传动系统动态特性分析

基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解,研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明:齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动;传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击,且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大,对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。     

含间隙和时变啮合刚度齿轮传动系统的分岔和混沌

齿侧间隙和时变啮合刚度的存在,使齿轮传动系统中存在着丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射,建立了两自由度齿轮传动系统的数学模型,并通过数值仿真,说明了齿轮传动系统中存在着倍周期分岔、Hopf分岔和混沌等复杂的非线性现象。分析了系统参数对齿轮动力学行为的影响,进而为消除齿侧间隙和时变啮合刚度引起的非线性动力学行为指明了方向,为齿轮传动系统的优化设计奠定了基础。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

多级齿轮传动系统的动态仿真

本文提出了多级齿轮传动动态仿真技术,重点论述了系统动力学模型的建立和运动微分方程的求解方法。由于该运动方程是多自由度时变非线性方程组,用一般方法很难求解,本文采用模态分析法和状态空间法相结合的方法进行求解。在此基础上,建立了齿轮传动动态分析仿真系统。以三级斜齿圆柱齿轮传动系统为例,对其进行了动态仿真,分析结果是令人满意的。     

一种专用差速器齿轮传动系统的动力学分析

对实现交叉变轮距车辆底盘转向功能的一种新型可旋转差速器齿轮传动系统进行动力学分析。将该专用差速器齿轮传动系统视为具有库仑阻尼的弹簧-质量的非线性时变系统,建立了系统12自由度的弯-扭耦合振动模型;将车辆转弯过程中路面对车轮施加的负载转矩作为系统的外部激励条件,分析了内部激励因素对该专用差速器齿轮传动系统振动特性的影响并建立动力学数学模型;通过求解系统动力学数学模型以及固有频率,进行该齿轮传动系统的运动相轨迹分析,优化系统的特性参数;达到了减弱该系统的振荡性能并提高系统的响应速度,使系统具有满意的动态性能指标的目的。     

直齿圆柱齿轮传动系统的振动分析

研究了由齿轮、轴和轴承所组成的齿轮传动系统的扭转振动和横向振动,建立了该系统的振动数学模型和运动方程式,用模态分析法和状态空间法相结合的方法求解了该系统的多自由度时变非线性微分方程,求出了系统的动态响应、齿轮动载系数和振动加速度均方根值,为系统的动态分析做好了理论准备。     

齿轮啮合内部动态激励数值根据

把具有内部激励和时变刚度齿轮系统非线性微分方程变换为近似的线性微分方程,把时变刚度激励、误差激励、啮合冲击激励作为右端顶。时变刚度曲线用轮齿三维接触有限元方法求得,啮合冲击激励力用轮齿三维 冲击－动力接触有限元混合法求得。误差激励按精度等级确定的齿轮偏差进行模拟。把激励力作用在整个齿轮系统的三维有限元模型上,以便求得其振动响应。     

两级行星轮系分岔与混沌特性研究

建立了某设备两级行星齿轮传动系统非线性纯扭转动力学模型,模型在综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差等强非线性因素的基础上,推导出系统在广义坐标下的量纲一动力学方程,并采用数值积分方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,综合运用分岔图、相空间轨线和Poincáre截面研究了激励频率、啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：多级行星轮系在高速轻载工况下,由于齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合作用使其具有丰富的非线性动力学特性;系统随激励频率的变化出现简谐运动、非简谐周期运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动状态;系统通过Hopf分岔等多种途径由周期运动进入混沌运动;增大系统啮合阻尼比可使系统复杂运动状态区间缩小,稳定周期运动状态区间扩大。     

含侧隙齿轮副的动载荷分析

以振动理论为基础，提出一种考虑齿轮拍击振动的齿轮动载荷的数值计算方法。建立计算动载荷的齿轮冲击模型，在模型中考虑了齿轮正、反冲击时实际的啮合刚度，并给出啮合柔度的计算方法。分析在考虑静态传递误差、啮合刚度、侧隙、摩擦力及外部扭矩变化等多种激励时，作用在轮齿上的动态载荷以及整个齿轮上的综合动态载荷的计算公式。最后通过实例分析作用在轮齿上的动态载荷、综合动态载荷变化规律以及相关激励参数对动态载荷的影响。     

时变位姿下行星齿轮传动系统动应力计算模型及其参数影响研究

考虑行星轮系内部非惯性和机体时变位姿外部非惯性的综合影响,推导了任意时变位姿下带有机匣的行星轮系构件运动方程,计入时变啮合刚度、啮合误差、侧隙和啮入冲击,建立了时变位姿下行星齿轮传动系统级动力学模型,并采用精细积分时程法（Precision integration method,PIM）求解得到了动态啮合力序列。根据齿间载荷分配关系进一步得到单齿啮合力序列。最后结合修正Heywood公式与Hertz公式构建了时变位姿下行星齿轮传动系统齿根弯曲动应力和接触动应力计算模型,并研究了机体平飞、滚转和筋斗位姿参数对接触动应力、弯曲动应力的影响规律。结果表明：不同时变位姿参数对弯曲、接触动应力影响显著,且对不同齿轮副影响不同,即加剧了齿轮副间承载不均;筋斗运动角速度对动应力影响比平飞加速度、滚转角速度以及筋斗回转半径对其影响复杂;机匣对动应力影响随加速度增大而增加。研究成果为时变位姿下行星齿轮传动动应力计算与高可靠性设计提供了理论依据。     

齿轮系统倍周期分岔和混沌层次结构的研究

针对考虑间隙和时变啮合刚度的强非线性齿轮系统动力学模型,讨论了混乱带中倍周期分岔现象及混沌的层次结构问题。利用频谱分析法对周期运动和混沌运动进行判断,并对嵌于不同混乱带中的周期轨道进行区分。运用分频采样法求解强非线性齿轮系统主倍周期分岔序列与混沌带合并序列,以及混沌带中周期窗口和混沌窗口共存的层次结构问题。通过分析揭示了强非线性齿轮系统存在着复杂的分岔结构和普适规律,并为深入研究机械系统非线性动力学行为的性态提供参考。     

M-DOF dynamic model for load sharing behavior analysis of PGT

A Multi-degree-of-freedom (M-DOF) nonlinear dynamic model for n-pinion Planetary gear train (PGT) is presented in this paper to investigate load sharing behavior of planet gears. In this dynamic model, manufacturing and assembly errors, elastic deformation and time-varying mesh stiffness are considered. Two sets of elastic compatibility equations are proposed to describe compatibility relationship between displacements, errors and elastic deformations. By means of Ishikawa formula, time-varying mesh stiffness of the gear pair is determined. The dynamic motion equations are solved with Runge-Kutta numerical integral method, which yields the displacements and deformations of each component. With the model, dynamic load sharing behavior of planet gears is evaluated. An example of 3-pinion PGT dynamic modeling is included, for which the influence of floating sun gear and adding flexible planet pin on the load sharing characteristics is analyzed.     

基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性

为揭示多间隙作用下Ravigneaux型复合行星齿轮传动系统的非线性动力学行为,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的系统纯扭转强非线性动力学模型。将齿侧间隙非线性函数表达为描述函数的形式,运用谐波平衡法(Harmonic balance method,HBM)将方程组转化为非线性代数方程组,使用逆Broyden秩1法进行迭代求解,得到系统的基频稳态响应。通过改变时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的大小,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。研究发现,由于齿侧间隙的影响,系统动态特性曲线出现幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统出现复杂的冲击现象;齿侧间隙、啮合刚度波动与误差波动的耦合使系统的非线性程度得以强化。基于描述函数的HBM法可用于求解更加复杂模型的基频稳态响应,为深入研究复合行星齿轮系统的动态特性提供了一种方法。     

风力发电机组齿轮系统内部动态激励和响应分析

齿轮的啮合动态激励是齿轮系统产生振动和噪声的基本原因,齿轮系统在内部动态激励下的响应分析,对齿轮系统的设计和使用具有重要的意义。建立了考虑齿轮箱内部激励时的有限元动力分析微分方程,通过计算1.5MW风力发电机增速箱在刚度激励和误差激励作用下的动态响应,进而得出增速箱的振动烈度。