考虑齿圈柔性的风电行星轮系动态啮合特性研究

针对集中参数法难以考虑齿圈柔性而有限元法计算量大的问题,以风电行星轮系为研究对象在集中参数/有限元混合法基础上提出一种揭示内啮合齿轮副延长啮合现象的分析方法。首先采用集中参数法建立风电行星轮系的动力学模型,并求解获得动态啮合力;随后,运用有限元法建立行星轮系内啮合齿轮副的有限元模型,并开展静态接触分析从而获得内啮合齿轮副各啮合位置发生多齿啮合时的变形阈值;最后,将集中参数模型获得的动态啮合力施加在内齿圈有限元模型上计算出内齿圈的动态响应,并结合发生多齿啮合时的变形阈值,从而揭示在不同负载和支撑数量下内齿圈上多齿啮合的分布区域,获得接触应力和齿根应力,分析啮合齿对数量改变前后对应力的影响。结果表明：考虑齿轮柔性后,内啮合齿轮副会出现除理论啮合齿对外其他齿对相接触的现象;随着负载扭矩的增大,内齿圈上三齿啮合首先发生在支撑两侧,随后三齿啮合发生区域不断增加;当行星轮与内齿圈间的啮合由理论两齿啮合变为三齿啮合时,其齿面接触应力和齿根应力小于其在相同时刻只计入两齿啮合时的应力值。     

内激励下弹性边界柔性直齿内齿圈振动响应研究

以行星轮系柔性内齿圈为研究对象,为计入拉伸、剪切和弯曲变形等因素,使数学模型更好与工程实际相匹配,根据其结构及边界特点采用平面梁单元建立弹性边界柔性直齿内齿圈的振动分析模型,并对其固有特性进行了研究。基于叠加原理和力向一点平移定理,采用组合激振法等效模拟了沿啮合线作用的啮合激励,并从频域角度揭示了啮合激励对弹性边界柔性内齿圈振动响应的影响。研究结果表明,弹性边界柔性内齿圈振型可归结为三类:平移振动模式(内齿圈各点具有相同的运动),弯曲振动模式(内齿圈发生弯曲变形的振动)和扩展振动模式(内齿圈各点仅产生径向振动);啮合激励对扩展振动模式影响较小,而对弯曲振动模式影响显著;对直齿内齿圈而言,弯曲振动模式是引起振动与噪声的主要原因;当扩展振型(波数m=0)发生共振时,内齿圈呈等幅振动;当波数m不为零的振型共振时,内齿圈呈m个波形。     

考虑结构柔性的多级齿轮箱变速过程动态特性研究

为了满足齿轮箱在变速过程中的分析需求,在集中参数/有限元法基础上提出一种适合变速过程分析且考虑结构柔性的多级齿轮箱耦合动力学建模方法。为验证所提方法的有效性,以某型直升机主减速器为研究对象,构建其耦合动力学模型;模型中考虑了传动轴和箱体结构的柔性,并将齿轮时变啮合刚度和综合啮合误差表示为齿轮角位移的周期函数。研究了多级齿轮箱在变速过程中的动力学特性;揭示了恒定风、湍流风和阵风对直升机主减速器的影响。结果表明:变速载过程中齿轮箱激励与动态响应随转速和负载实时发生改变;激励频率及响应波动幅值随转速增加而增大,激励影响程度及响应均值随负载加重而递增。与恒定风相比,湍流风会恶化系统的载荷环境;在阵风作用下传动系统的振动最大。     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究EI北大核心CSCD

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

风电机组行星传动系统固有特性灵敏度研究

以风力发电机行星传动系统为研究对象,计入基于相位的时变啮合刚度的影响,运用牛顿力学理论建立其平移-扭转动力学模型。基于特征值问题求解其固有频率及振型,阐述固有频率的分布规律并对系统振型特征进行描述。提出一种较精确的风力发电机行星传动系统灵敏度量化评价的方法,量化评价各刚度对系统各阶固有频率的影响程度,归纳支撑刚度、啮合刚度和扭转刚度对系统固有频率及振型的影响规律,得各刚度对系统固有特性的灵敏度,为风力发电机行星传动系统调节固有频率避开共振点和参数敏感点、改善动态性能提供理论依据。     

大型风力发电机组齿轮劣化故障诊断研究

针对大型风力发电机组齿轮出现不同劣化故障时对应频率范围内能量会发生变化的特点,提出了利用经验模式分解(EMD)能量分布作为故障特征向量,灰色相似关联度作为故障模式识别算法的大型风力发电机齿轮劣化故障诊断方法。首先,对采集到的原始信号进行EMD分解,运用相关系数法对获得的本征模式函数(IMF)进行筛选,剔除无意义的IMF分量;然后计算有效IMF的能量及能量比,构造故障特征向量;最后,根据待识别状态特征向量和已知标准状态故障特征向量的灰色相似关联度大小判断齿轮劣化故障类型。通过实验对所提方法进行了验证,结果表明,该方法能有效用于大型风力发电机齿轮常见的劣化故障诊断。     

风电机组行星轮系柔性齿圈疲劳寿命研究

为探究风电机组行星轮系柔性内齿圈在动态啮合力作用下的疲劳损伤规律,建立考虑内齿圈结构柔性的行星轮系动力学模型,运用瞬态动力学进行仿真计算得到内齿圈结构应力时域历程,并通过试验验证该动态应力仿真结果的正确性。运用雨流循环计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,随后结合Miner线性损伤理论计算内齿圈结构的弯曲疲劳寿命,分析内齿圈结构变形引起应力变化对疲劳寿命的影响,探讨不同轮缘厚度、支撑数量及不同负载下内齿圈结构疲劳寿命的变化规律。结果表明：内齿圈疲劳寿命受到齿圈结构变形和轮齿变形的共同作用,轮缘越薄内齿圈结构变形越剧烈,各轮齿间寿命差距越大,两支撑间各轮齿疲劳寿命波动趋势越复杂;当齿圈柔性较大时,其最大应力由齿圈结构变形引起且疲劳破坏点由齿根向齿槽偏移,齿圈柔性较小时其疲劳寿命主要取决于轮齿变形。     

风电机组行星齿轮-滚动轴承耦合系统动态特性研究

为满足行星齿轮与滚动轴承集成设计需求，基于多体动力学理论和弹性接触理论，提出一种考虑行星齿轮与滚动轴承动态相互影响且能计算各滚动体接触载荷的行星齿轮-滚动轴承耦合系统动力学建模方法。以风电机组行星齿轮滚动轴承系统为研究对象，构建其耦合系统动力学模型，研究行星齿轮与滚动轴承间的耦合作用机理。研究发现：行星齿轮对滚动轴承动态响应影响显著，受齿轮啮合力影响滚动体接触载荷与轴承偏心轨迹呈高频波动特征，设计时应充分评估行星齿轮对滚动轴承动态响应影响。