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。     

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。     

斯特林发动机V型传动系统激励力的计算分析研究

介绍了有关斯特林发动机传动系统激励力的计算分析研究。建立了斯特林发动机传动系统刚柔混合的多体动力学模型,计算了曲轴主轴承载荷和活塞侧推力等激励力。对比分析了有、无齿轮啮合力对主轴承载荷的影响,指出:计算斯特林发动机传动系统激励力时应考虑齿轮啮合冲击力的影响。对比分析了不同活塞间隙对活塞侧推力的影响,结果表明:活塞杆与缸套间隙在0.08~0.12 mm时,活塞侧推力的影响较小。     

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。     

考虑齿轮偏心的风力机齿轮箱高速级传动系统非线性动力响应分析

为了研究风力机高速级齿轮传动系统非线性动力学响应,采用集中参数法建立16自由度齿轮-转子-滚动轴承弯扭耦合非线性动力学模型。该模型考虑时变啮合刚度、传递误差、齿侧间隙、齿轮偏心及齿面摩擦等非线性因素,应用Runge-Kutta算法对系统的微分方程进行求解,结合系统时域图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图和三维频谱图,分析齿侧间隙与偏心量对系统响应的影响。结果表明,由于弯扭耦合的作用,齿侧间隙和偏心量均对系统的扭转振动有明显影响。随着齿侧间隙增大,系统的扭转振动角位移增大,但各频率成分未发生明显改变。应选择合适的齿侧间隙,以减小系统的振动响应幅值、倍频和随机谱成分。随着齿轮偏心量增大,齿轮在扭转方向上振动幅值的波动较大,从动轴转频幅值激增,系统由周期运动渐变为混沌运动,因此在系统设计阶段应尽量避免齿轮偏心现象的出现。     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统疲劳寿命预测

针对风电齿轮传动系统在复杂随机风载下运行的特点,运用加权最小二乘支持向量机(Weight Sparse Least Squares Support Vector Machines,SLS-SVM)方法建立风场随机风速模型,进而得到随机风引起的系统外部载荷激励。建立考虑齿轮时变啮合刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度的风电齿轮传动系统的平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力及相应的应力时间历程。应用雨流计数法统计循环参量,结合Goodman公式将工作循环应力水平按等寿命原则转换为对称循环下的疲劳应力谱。基于Palmgren-Miner线性累积损伤法则和材料P-S-N(失效概率-应力-循环次数)曲线,预测风电齿轮传动系统各齿轮和轴承的疲劳寿命。为风力发电机齿轮传动系统动态疲劳寿命预测提供了理论方法。     

风电行星轮系动态传动特性分析

以风力发电机用增速齿轮箱内斜齿行星齿轮系为研究对象,考虑行星架存在的多间隙对齿轮啮合影响,建立齿轮系的非线性有限元模型,结合接触冲击动力学理论和有限元法,得到风电斜齿行星轮系的动态啮合应力和齿根弯曲应力。研究不同转速和扭矩时风电齿轮传动的特点和变化规律,分析转速和扭矩对斜齿行星传动特性的影响,并对不同扭矩和转速的齿轮啮合应力和齿根弯曲应力进行对比。结果表明:转速对啮合应力的影响较大,转速达到某一数值时,齿轮啮合过程中的应力达到最小,在此基础上增大或减小转速,应力均会增大;扭矩对应力的影响不大,但增大到或减小到一定程度会导致齿轮卡齿,建议对轮齿进行修行,以减小轮齿的应力。     

基于动力学的风力机齿轮传动系统可靠性研究

为正确评估齿轮传动系统齿面接触疲劳寿命,以2 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,引入风场风速变化规律并选用weibull分布建立随机风速模型。考虑外部风载以及由齿轮、轴承刚度等引起的内部载荷激励,建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副动态啮合力并计算相应的应力历程。针对齿轮传动强度及受载随机性的特点,以轮齿的强度退化表征疲劳效应,基于非线性疲劳损伤累积理论建立剩余强度模型,在传统应力-强度干涉理论的基础上,得到随机风载作用下齿轮传动系统动态可靠度功能函数,通过摄动法对零部件的动态可靠度变化曲线进行描述。结果表明：在强度退化和随机载荷联合作用下,风力机系统各齿轮疲劳可靠度随服役时间出现逐渐下降的趋势,且服役前期可靠度下降趋势较快,中后期下降趋势逐渐减缓,强度退化形式及载荷大小影响着可靠度的变化趋势。该模型反映了齿轮传动系统可靠度随服役时间的变化规律,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了参考。     

正时齿轮相位系数对振动特性的影响

针对柴油机强化过程中引起的正时齿轮振动加剧的现象,考虑了具有时变性的刚度、阻尼、误差和齿侧间隙,建立了正时齿轮系统曲轴齿轮副的动力学模型.分析了计入相位系数的啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙和啮合误差对正时齿轮系统曲轴齿轮副的振动位移最大值和均载系数影响,并分析了计入相位系数的所有时变因素对位移最大值和均载系数的影响.结果表明:计入相位系数后的时变因素对振动位移最大值和均载系数的影响中,啮合误差最大,啮合刚度和齿侧间隙次之,而啮合阻尼几乎没影响;所有时变因素都考虑的情况下,随角度变化的位移最大值与最小值相差了6.9%,均载系数的最大值与最小值相差了11.8%;当相位系数选择(0.30,0.70)附近时,位移最大值和均载系数较大;当选择(0.50,0.50)或(0.97,0.03)附近时,位移最大值和均载系数较小.     

差动调速风电机组齿轮传动系统动态特性研究

针对差动调速齿轮传动系统的刚体动力和振动特性进行研究,考虑传动系统的实际工作状况和主要内外部参数激励,建立差动调速齿轮传动系统的非线性动力学模型和振动微分方程,在SIMULINK中搭建差动调速齿轮传动系统数值模型,仿真分析其动态特性。结果表明:相对于齿侧间隙为零,齿侧间隙不等于零则使高频振动幅值波动更明显,同时加大了对低频振动的影响,表现出明显的非线性特征,因此在差动调速齿轮传动系统的动态设计和运行过程中,应注意控制和监测齿侧间隙值。     

双馈式风电机组传动系统动态特性研究

针对双馈式风电机组柔性传动系统运行稳定性问题,采用集中参数质量法建立风电机组柔性传动模型,在考虑外部风载、齿轮副啮合刚度、啮合阻尼和综合啮合误差激励条件下,建立了齿轮箱内部各级齿轮副动力学方程;以市场成熟的1.5MW双馈式风电机组为计算对象,计算了柔性传动系统固有频率和齿轮箱各级齿轮动态啮合力;通过雨流计数法对齿轮动态啮合力进行数据分析,研究了传动系统运行稳定性。研究结果表明,齿轮副啮合力呈现高频波动,具有很强的时变特性,通过雨流计数分析,动态啮合力幅值与频次成正态分布规律;传动系统一阶扭转振动频率与风轮面内一阶摆阵频率偏差为6.8%,通过降低主轴质量约9.5%,提高了传动系统一阶扭转频率约11.5%,与风轮面内一阶摆阵频率偏差达16.4%。研究结果可为风电机组传动系统设计、轴承寿命计算和可靠性研究提供参考。     

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。     

斜齿轮传动误差啮合变化规律研究

考虑齿轮制造误差以及安装误差等因素,利用蒙特卡洛方法计算出沿斜齿轮时变接触线上各啮合点的误差,考虑动态负载、啮合误差以及齿面摩擦力等因素构建齿轮副弯—扭—轴耦合动力学计算模型,采用摄动法求出近似解,分析齿轮传动过程中动态传递误差、最大啮合力以及啮合加速度变化规律。研究表明:误差激励是影响高速齿轮动态特性的重要原因,刚度激励是影响重载齿轮动态特性的主要因素。     

不同工况下风力发电机传动系统动态外载荷计算

综合考虑风轮非定常气动载荷计算模型、传动系统动力学模型、双馈发电机模型和变速变桨距控制模型,建立风力发电机传动系统在不同工况下的动态外载荷计算模型。使用所建立的计算模型对变速变桨距型风力发电机分别在启动、运行和制动时的外载荷进行计算分析,得到增速齿轮箱的输入载荷变化规律及其影响因素。     

混合弹流润滑条件下风电行星直齿轮内啮合动态特性分析

当大型风力发电机在低速重载条件时,齿轮在混合弹流润滑条件下的啮合动态特性难以分析.针对该问题提出齿面接触并联刚度模型,建立行星齿轮啮合动力学模型.基于粗糙峰承载平衡理论,将承载因子理论引入刚度模型中,并与混合弹流润滑理论相结合,可得出计算齿面油膜刚度的新公式,为齿轮混合弹流润滑问题研究提供参考.通过计算结果,可认为在混...     

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。     

起动器齿轮设计

<正> 1 概述1.1关于起动器齿轮的概述 起动器齿轮由于在起动时有个临时进入啮合的过程,所以必须比持续啮合的齿轮有大得多的齿侧间隙。最好通过加大轴心距来增加这个齿侧间隙。因此通常在机械制造业中由DIN3961所规定的齿配合系统“标准轴心距”不适用于起动器齿轮,在该齿配合系统中所需的齿侧间隙是通过齿厚的负公差来产生的。因此齿厚的公称尺寸和最小的轴心距(下公差)不会使齿侧间隙等于零,而是得出表3、4中最后一栏里列出的最小齿侧间隙。     

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。     

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。     

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。