风电行星齿轮系统动态均载特性分析

以风电增速齿轮斜齿行星轮系为研究主体,考虑到太阳轮与内啮合轮间存在的多对间隙对齿轮啮合的影响,建立行星轮系几何模型,采用接触-冲击动力学理论和刚柔耦合建模分析方法,计算分析行星轮系啮合应力的分布情况,进而得到风电斜齿行星轮系在不同转速、不同扭矩下的动态均载系数。由于风力发电机常处于变风载工况下,因此研究不同转速和扭矩时行星轮系及行星轮的动态均载系数的变化规律。结果表明:随着转速的增大,行星轮系的动态均载系数变小;随着负载的增大,动态均载减小;随着啮合过程冲击逐渐变小,在轮齿啮合过程中其刚度变化平稳,同时均载系数也会更接近于1;实际工况下风载会改变转速从而带来大的冲击作用,造成行星齿轮的破坏,为了减少风电行星轮系统齿轮的破坏,应尽可能增加浮动装置。     

风电行星轮系多间隙啮合冲击非线性建模与分析

以风电斜齿行星轮系为对象,考虑多间隙和摩擦对齿轮啮合的影响,建立完整的风电斜齿行星齿轮系有限元模型;结合非线性动力学方法,研究齿轮啮合时冲击应力的特点和变化规律,分析不同转速和负载对各齿轮冲击应力的影响。通过分析得到冲击速度对啮合冲击影响较大,负载会影响到系统的振动情况,在齿轮设计时要考虑减少冲击和振动的措施。     

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。     

大功率变速箱单级行星齿轮系修形设计及仿真验证

以某大功率变速箱单级行星齿轮系为研究对象,采用KISSsoft软件进行齿轮修形设计。在修形后太阳轮和行星轮的齿面安全系数和齿根安全系数都得到提高,轮系啮合传动的重合度和胶合安全系数也有相应的增加,修形方案改善了齿轮在啮合过程中的齿面点蚀、胶合现象,提高了啮合过程中的安全性和稳定性。采用ANSYS Workbench与Hypermesh软件联合仿真结果表明：行星齿轮系的应力主要分布于太阳轮啮合时的齿根处、内齿圈啮合时的齿根处和行星轮啮合时的齿根处,最大等效应力为338.84 MPa,小于材料的许用应力,修行后的设计方案合理。     

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明：随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。     

风电齿轮箱行星轮系的齿面摩擦与齿根裂纹耦合效应计算方法

针对风电增速箱故障率偏高的问题,在对风电机组传动系统的振动响应机理进行分析的基础上,提出一种同时考虑齿根裂纹与齿面摩擦2种因素耦合情况下计算风电增速箱行星轮系动态响应的方法。首先分析考虑不同滑动摩擦因素时,含齿根裂纹缺陷的齿轮其啮合刚度的变化情况;随后运用集中参数法建立一种同时考虑平移和扭转2种力学效应相互影响作用的行星轮系动态响应计算模型。使用该模型在考虑齿根裂纹、齿面滑动摩擦2种因素耦合情况下,对行星轮系时变啮合刚度影响作用进行仿真计算。结果表明,齿面间的滑动摩擦力将导致行星齿轮扭转振动响应在低频区域受到抑制、中频区域得到增强,而齿根裂纹会导致系统出现调制效应且该效应会使行星齿轮的扭转振动频谱响应在行星轮与太阳轮间的啮合频率附近出现调制边频带现象。     

含混合弹流润滑摩擦力的风电行星齿轮动力学模型

针对风电行星齿轮传动系统,根据齿轮啮合特性,系统地分析推导太阳轮-行星轮、内齿圈-行星轮单、双齿啮合时各啮合齿面的摩擦力臂。基于混合弹流润滑模型,分析各啮合齿面间的摩擦力。建立包含混合弹流润滑摩擦力、时变啮合刚度、传动误差与齿侧间隙等因素的多自由度的平移-扭转耦合集中参数非线性动力学模型。算例结果表明,作为一种内部参数激励,摩擦力加剧了系统沿啮合线方向的振动;与边界润滑相比,混合弹流润滑能减小系统的振动。实验证明,该模型可很好地预测风电行星齿轮的非线性动力学特性。     

基于等效弯曲应力谱的齿轮疲劳寿命评估

为了对装载机驱动桥传动齿轮进行疲劳寿命评估,在获得ZL50G装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱的基础上,通过对装载机驱动桥主减速器和轮边减速器齿轮精确建立有限元模型,依据有限元计算结果得到的扭矩-应力转化系数,并利用Gerber二次曲线公式对齿根弯曲应力进行等效计算,获得了等效弯曲应力.将实测扭矩载荷谱转换为齿根等效...     

水冷柴油机齿轮轮齿断裂分析研究

针对某水冷柴油机在考核试验中齿轮轮齿断裂的故障,从齿轮表面缺陷、齿轮过载或受到较大外力冲击、齿轮啮合不良、齿轮热处理、齿根圆角、齿轮啮合宽度等影响因素进行分析,分析表明:轮齿断裂系齿轮热处理硬度偏低及齿根圆角偏小导致。     

风力机增速齿轮箱行星斜齿轮系非线性动态分析

采用参数化建模方法建立了风力发电机增速齿轮箱中行星斜齿轮及其行星架的精确三维模型,应用非线性动力学理论及数值计算方法分析了该行星齿轮的齿面接触应力随时间的变化规律,得到了轮齿变形和相应的接触应力以及行星齿轮内外啮合的时变刚度曲线,同时分析了行星架的冲击应力,为该类行星齿轮结构的优化设计和分析提供了理论依据。     

计入线外啮合的风电齿轮动力学行为分析

为探究线外啮合对齿轮传动动态服役行为的影响规律,以一对风电高速级齿轮为例,基于齿轮啮合原理和冲击动力学理论计算不同负载和转速下线外啮入冲击力和时变啮合刚度。采用集中参数法建立计入线外啮合的直齿传动非线性动力学模型,数值求解不同激励下系统的动态特性。结果表明：在不同运行转速区,啮合冲击与啮合刚度对系统动态响应的贡献各不相同。在共振区,时变啮合刚度成为系统的主导激励;在超临界区,系统动载荷随转速升高而增大,这主要来源于啮合冲击的激励作用。     

风力发电机行星齿轮系统啮合碰撞力的研究

为获得半直驱风力发电机行星齿轮系统传动过程中啮合碰撞力的变化规律,建立齿轮啮合传动的动力学仿真模型,基于Hertz接触理论的齿轮啮合碰撞力的计算方法,在机组额定转速下仿真求解啮合碰撞力及频谱。研究表明:行星齿轮啮合过程中碰撞力存在显著的周期性和调制现象,幅值波动明显,轮齿由啮入到啮出,碰撞力由0 N上升至最大值后又下降至0 N,载波为行星轮的啮合频率,调制波为行星架的旋转频率;水平方向X和垂直方向Y的碰撞力相位相差约90°,频谱特征相同,3对外啮合碰撞力相位相差约60°;碰撞力频谱中均出现行星轮啮合频率及倍频。     

风电增速箱行星传动系统动力学方程及均载特性

提出一种风电增速箱用新型载荷分流式两级行星齿轮传动机构,以便提高传动系统的承载能力。以新型风电增速箱载荷分流型两级行星轮系与一级平行轴齿轮构成的多级传动系统为研究对象,计入多级耦合传动系统的轮齿啮合误差、啮合阻尼、啮合刚度,级间扭耦合刚度,组件的转动惯量等影响因素,采用集中参数法建立多级耦合传动系统的动力学模型。利用相关参数对系统的均载特性进行研究,获得行星齿轮传动的均载系数曲线。分析表明:各级内外啮合的均载系数均随时间变化且存在相位差;第一级内外啮合的均载系数分别比第二级内外啮合的均载系数分配均匀;第一级均载系数较小且内外啮合的均载系数的差别较小。     

某中速柴油机齿轮修形分析

修形对于改善齿轮啮合质量,降低齿轮传动的振动和噪声有重要作用。基于KISSsoft软件,以某中速柴油机曲轴齿轮为研究对象,进行齿轮修形设计分析。得到曲轴齿轮修形前后齿面接触应力、齿轮传递误差、齿根弯曲应力等参数的变化情况,为优化齿轮修形提供理论依据。     

动态齿侧间隙与啮合角作用下行星齿轮传动系统动力学建模与分析

该文考虑齿轮振动对直齿行星齿轮啮合齿侧间隙与啮合角的影响,建立包含动态齿侧间隙与啮合角的行星齿轮动力学模型。以转速为控制变量,使用数值积分算法对该模型进行求解,对比该模型与早期固定齿侧间隙与啮合角模型的动力学响应特性。仿真结果表明:低转速下两种模型的预测结果基本相同,随着转速的增大,该文提出的新模型表现出更丰富的非线性特性。     

计入齿面摩擦的封闭行星轮系均载特性研究

封闭行星轮系结构复杂,载荷的均匀分配对于提高系统的传动质量及使用寿命具有重要意义,齿面摩擦对封闭行星轮系均载特性有重要的影响。以人字齿封闭行星轮系为研究对象,以基于弹流润滑理论的摩擦系数模型为基础,考虑人字齿轮两端斜齿轮扭转振动的相互影响,建立了考虑齿面摩擦的人字齿纯扭转动力学模型。分析考虑齿面摩擦(EHL)和不考虑齿面摩擦情况下封闭行星轮系振动位移响应及输入转速、输入功率和摩擦系数变化对均载特性的影响。结果表明:系统均载系数随着输入转速的增加而增加,随着输入功率的增加而减小,随着摩擦系数的增加有微幅的增加。     

考虑弹流效应的斜齿轮振动仿真与试验

考虑啮合齿面间润滑油黏度对斜齿轮传动振动的影响,根据pyбин推断,建立了啮合齿面的接触模型;考虑润滑油的黏压效应及斜齿轮啮合的特殊性,对接触区诱导压力进行等效变换,推导出斜齿轮传动的弹流润滑振动模型;求解模型,得到润滑油黏度在0.02～0.048,Pa.s内输出轴振动加速度的脉动均方根(RMS)值;通过试验得到在同一工况下输出轴振动加速度值,并绘制其RMS值变化曲线.试验曲线和模型仿真计算结果变化趋势吻合,均表明齿轮的振动随润滑油黏度的减小而增强,验证了模型的正确性,对齿轮传动减振降噪分析设计具有一定参考价值.     

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。     

考虑齿侧间隙的风力机齿轮箱行星传动系统非线性动力响应分析

分析考虑齿侧间隙的大型半直驱永磁同步风力发电机齿轮箱行星传动系统的非线性动力学响应。使用集中参数法,建立包含啮合刚度、支承刚度、齿侧间隙、传动误差以及外部载荷激励的动力学模型。应用RungeKutta算法进行求解,分别分析输入转速与齿侧间隙对系统非线性响应特性的影响。结果表明,提高转速会增大各构件的扭转振动角位移,但各频率成分未发生明显改变。此外,在齿轮存在双侧间隙的情况下,随着齿侧间隙的增大,系统的非线性逐步增强,系统冲击状态由无冲击转为单边冲击,响应类型由准周期响应转为混沌。     

行星齿轮啮合刚度对其振动特性的影响

建立了单级直齿行星齿轮传动多自由度数学模型。在该系统中,根据行星齿轮固有频率和振动模态的特点,指导了特征值对于啮合刚度的敏感度公式及其与啮合应变能之间的关系式。分析结果表明,啮合刚度对两个旋转模态、两组位移模态和两个行星模态的固有特性影响较大;根据啮合应变能分布,可以清楚地了解啮合刚度变化对于系统固有特性的影响。