风电齿轮箱行星轮系齿轮修形研究

前集成式传动链已经成为风电机组的主要技术路线,主轴系对第一级行星轮系耦合影响突出。以某中速永磁风电机组传动链为研究对象,建立了轮毂、主轴系和第一级行星轮系的一体化模型。轮毂中心施加载荷,进行仿真分析,研究了主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,并进一步开展了齿轮微观修形设计和试验研究。研究显示,本文轮齿的微观修形方案能显著改善第一级行星轮系偏载现象,降低主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,为风电齿轮箱行星轮系的参数设计和轮齿微观修形提供了参考依据。     

2.5MW风电齿轮箱行星轮系啮合相位差对其固有频率的影响

对2.5MW风电齿轮箱低速轴上的行星轮系采用集中参数法建立行星轮系的平移-扭转耦合动力学模型,通过对比在啮合刚度都相等且均取其平均啮合刚度的条件下和3个行星轮在啮合相位差影响下啮合刚度不一致条件下的固有频率,最终得出在啮合相位差影响下不同的啮合刚度组合对行星轮系的低阶固有频率影响较小,对其高阶固有频率的影响比较显著的结论。经过以上对2.5MW风电齿轮箱行星轮系固有频率的分析,能为其动力学分析奠定良好的基础。     

风电行星轮系动态啮合特性分析

时变风载是风电增速齿轮系破坏的重要原因之一,因此对处于极端恶劣工况风电增速齿轮系动态啮合研究非常重要。以风电斜齿行星轮系为对象,考虑齿侧间隙、轴承游隙及摩擦对啮合的影响,建立了风电斜齿行星齿轮系有限元模型。采用非线性动力学方法,研究了行星齿轮与太阳轮、内齿轮啮合过程中其齿根弯曲应力的变化规律,分析了转速对其啮合冲击应力的影响。通过分析计算得出:转速增加能使齿根弯曲应力曲线提前,行星轮的冲击应力不一定会随着转速的提升而变大;齿轮箱和传动轴受到的冲击应力会随着转速的提升而变大,同时冲力应力曲线整体前移。     

考虑行星架柔性时行星轮传动系统均载特性分析

介绍了SIMPACK中柔性体文件生成流程以及齿轮切片处理原理及相关用途;以某7MW风电齿轮箱为例,在SIMPACK软件中建立其一级行星轮系多体动力学模型;建模过程中将行星架考虑为柔性体,并对齿轮作切片处理,分析行星轮系统在额定输入功率、额定转速工况下行星架变形,以及由于行星架变形造成的齿轮不均载特性。研究发现,当使用精确的行星架三维模型,并考虑行星架柔性时,受齿轮啮合力变化以及齿轮变形的影响,不同行星轮销轴两端行星架变形量不同,总体上输入端扭转变形量大于输出端;并对比行星架变形和齿轮均载系数,发现行星架扭转变形主要影响齿轮齿向不均载系数,对齿间载荷分布影响很小。研究结果可为行星架结构优化设计提供依据。     

考虑结构柔性的行星轮系耦合振动特性研究

针对传统集中质量法精度不高和大规模有限元模型计算量大、后处理困难的问题,在轴系单元法基础上提出一种针对行星轮系耦合振动分析建模方法。根据行星轮系结构特点,将行星轮系中各种构件分为简单轴系单元、行星架轴系单元及齿圈轴系单元等轴系模型,建立不同类型的行星轮系耦合动力学模型。研究结果表明,考虑结构柔性后,在低速阶段动态啮合力偏差与集中质量法求解结果基本相同,但随着转速增加,动态啮合力偏差与系统各阶共振频率均略有降低;而同一转速下,动态啮合力偏差随着齿圈厚度增大逐渐增加,但其变化量呈逐渐减小趋势。在所有结构中,轴的柔性化对振动影响最大,而行星架柔性对振动影响最小;各级齿轮副啮频相互耦合共同成为系统激励频率,而高速级啮频为最主要激励频率;振动能量不仅沿功率流方向传递,同样也会逆功率流方向传递。     

转矩耦合轮系的内外部激励对系统均载性能的影响研究

针对多电机驱动系统中转矩耦合轮系的受载不均问题,以采煤机截割部短程传动系统为研究对象,采用集中参数法对齿轮传动系统进行了建模,对驱动电机采用直接转矩控制,基于Matlab/Simulink平台建立了包括电机和齿轮传动系统在内的机电耦合动力学模型。分析了时变啮合刚度的产生机理和直接转矩控制策略中的转速控制原理,以时变啮合刚度作为耦合轮系的内部激励,以电机的输出转速波动作为耦合轮系的外部激励,研究了内外部激励对耦合轮系均载性能的影响。研究结果表明:时变啮合刚度会降低耦合轮系的均载性能;通过降低电机转速波动幅值,可以有效地提高耦合轮系的均载性能。     

含侧隙摆线针轮啮合接触特性分析

多齿对接触是摆线针轮传动的典型特征,其接触对的数量和分布对摆线针轮传动特性有重要影响。为分析侧隙对摆线针轮的多齿对接触及传动特性的影响,构建了考虑侧隙的摆线轮-针齿接触力分布及扭转刚度的计算模型,分析了侧隙、输入扭矩对啮合接触力峰值、分布区域以及扭转刚度的影响。研究结果表明,侧隙对摆线针轮机构的传动特性有显著影响,侧隙越大,导致承载的接触对减小,啮合力峰值增大,但扭转刚度会显著减小;输入扭矩增大会导致承载接触对增多,使扭转刚度略有增大;曲柄输入角度的变化对扭转刚度的影响不大。上述模型可为考虑侧隙的摆线针轮传动机构设计分析提供参考。     

封闭行星齿轮传动系统的动态特性研究

建立了封闭行星齿轮传动系统的动力学计算模型，模型中考虑了行星轮和星轮的啮合相位，行星架的弹性变形，轮系的弹性耦合和负载惯性。用数值解法获得了系统在时变啮合刚度、偏心误差和齿频综合误差激励下的动态响应和动载荷系数的频域历程。分析了在星型轮系和行星轮系动力耦合情况下，齿轮系统的动态特性以及行星轮和星轮的载荷分配均匀性。对比了中心轮在不同的输入转速下的浮动轨迹，得出了对封闭行星齿轮传动设计有意义的结论。     

耦合弹性支承的齿轮传动系统性能分析方法

提出了耦合弹性支承的齿轮传动系统等效模型,引入多维弹簧单元组合等效轴承与齿轮箱弹性,将"传动轴-轴承-齿轮箱"3个弹性支承件之间以及齿轮箱多个轴承孔之间的耦合关系表述为弹性支承系统的位移约束方程,并耦合齿轮有限元接触分析模型形成齿轮传动系统的性能分析方法。以某单级斜齿轮轴系为例,应用该方法分析了支承形式和刚度对其传动性能指标的影响,包括系统传动误差和齿面接触应力分布,结果表明,该方法相比经验公式计算方法更真实、全面地反映了轴系支承刚度特性对其传动性能的影响。研究工作对轴系支承结构的刚度设计有指导作用。     

低速重载齿轮箱传动效率分析与测试

通过对齿轮箱传动效率影响因素的分析,从消耗功率方面建立了齿轮箱传动效率的理论分析模型,模型考虑了齿轮啮合损耗、轴承摩擦损耗、搅油损失、油封摩擦损失以及风阻损失对齿轮箱传动效率的影响。根据某低速重载齿轮箱试验数据,对该方法所建计算模型进行了分析与验证,并进一步讨论了转速、转矩等对齿轮箱传动效率的影响,得到了齿轮箱传动效率与转速、转矩的变化曲线,为齿轮箱效率的进一步研究奠定了基础。     

750KW风力发电机组传动系统动力学仿真分析

针对750KW风力发电机组传动系统中行星轮系式齿轮箱齿轮的失效形式,重新设计和改进了增速齿轮箱各轮系参数,并按该配置方案在UG软件中建立了风力发电机三维参数化模型.利用UG、ADAMS、ANSYS三者之间的转换接口,在ADAMS中,进行了各轴转速、转矩及齿轮啮合力的仿真计算,并通过仿真计算结果得出传动系统的最薄弱环节,对该环节进行了柔性动力学分析,得出薄弱环节的应力分布云图.另外也提供了一种柔性动力学分析的方法.     

基于齿轮系统啮合错位量的修形优化分析

综合考虑齿轮箱、轴系的支撑变形及齿轮传动热变形,计算得到齿轮啮合错位量.利用有限元软件对齿轮箱进行受力分析,同时对齿轮副进行承载接触分析,通过力学原理及有限元节点法计算齿轮轴节点位移;计算齿廓接触线热变形量,并通过有限元热弹耦合作用,分析热变形对齿轮齿面接触位移变化的影响;对齿轮进行修形优化并对比了其实验结果.结果表明...     

极端环境下谐波齿轮传动的侧隙分析

月球探测在极端环境下工作的谐波齿轮传动,其啮合侧隙必然受到这种极端环境的影响,而啮合侧隙大小又是影响谐波齿轮传动工作性能的重要指标之一。基于传热学和热平衡的理论,利用ANSYS仿真软件模拟出齿轮的啮合区温度。基于侧隙控制的思想,计算出侧隙随φ(波发生器固定时柔轮非变形端的转角)的变化曲线,从而求得轮齿工作时的最小侧隙。通过对多组数据进行分析,得出最小侧隙随环境温度的变化规律。     

无侧隙啮合斜齿行星传动系统动力学建模与分析

建立了一个包含无侧隙啮合、轴承间隙、时变啮合刚度、重力激励和其它外部激励的斜齿行星传动系统平移-扭转耦合动力学模型,研究了影响齿面接触状态的主要因素以及齿面接触状态对斜齿行星齿轮传动系统动态特性的影响规律。仿真结果表明,无侧隙啮合对斜齿行星传动系统的轴承力和齿面啮合力有显著的影响,无侧隙啮合与侧隙、轴承间隙密切相关,并且当行星齿轮的组件重力很大时,重力激励是造成无侧隙啮合的重要原因。     

基于虚拟样机技术的行星轮系的动力学仿真研究

将行星轮系扭转振动模型与虚拟样机技术结合在一起,建立力学分析模型对行星传动进行动力学仿真,考虑了行星轮系传动过程中的时变啮合刚度和齿侧间隙等因素,可较方便、准确地获得行星轮系在传动过程中的一些动态特性,为行星轮系的优化设计、寿命预测等提供了理论依据.     

基于Romax的高速齿轮转子临界转速的计算与分析

高速齿轮转子应用广泛,其动态特性影响着齿轮箱的运转稳定性和可靠性。通过Romax软件,对两种振动异常的高速齿轮转子进行动态分析,得到了两种转子的各阶固有频率,以及轴承支撑参数对各阶固有频率的影响。发现改进前两高速齿轮转子的运行转速接近1阶临界转速,同时在Romax中对轴系结构进行改进,使其工作转速远离临界转速;改进后试验表明,两转子各振动指标正常,齿轮箱运转良好;为高速齿轮转子的临界转速计算提供了一种精确有效的方法。     

双圆弧齿轮轮齿刚度的测量及降低啮合噪声齿廓修形量的确定

本实验首次采用激光透射法,通过测量封闭功率流齿轮试验台上试验齿轮箱外伸出轴端上安装的一对渐开线直齿轮的侧隙的变化,间接测量了试验齿轮箱内双圆弧齿轮的轮齿刚度(变形)。测试过程中采用了差值测量及逐次标定的方法,完全消除了信号采集过程中的任何误差;对轮齿变形的可靠分辩精度达到了0.01μm;实验所得结果与数值计算结果基本吻合;据此给出了降低轮齿啮合噪声的齿廓修形量。本实验方法也适合其它圆柱齿轮的测量。     

基于球轴承动刚度的轴系动态特性分析与优化

轴系动态特性受轴承刚度影响,而轴承刚度随轴系转速呈强非线性。因而研究轴系动态特性首先需要确定轴承刚度。首先使用球轴承受力分析的拟静力学模型,计算球轴承不同转速下的刚度,计算轴承刚度时,考虑了轴承内圈由于离心惯性力造成的变形的影响,使刚度计算值精确化;进而使用梁单元对轴系进行离散建立轴系的有限元模型,并求解了轴系的临界转速;并以临界转速为优化目标、对轴承跨距及轴内径进行了优化,提升了轴系的动态性能。文中研究内容以Matlab为基础进行编程实现。     

极端环境下滤波齿轮传动侧隙分析

用于航空航天的滤波齿轮传动的啮合侧隙必定会受到其极端环境的影响,而传动侧隙的大小又是影响齿轮工作性能的重要因素之一。根据热平衡和传热学的基本理论,基于ANSYS Workbench仿真软件模拟出了齿轮啮合区的温度。分析齿轮热变形和箱体热变形对传动侧隙的影响,求得齿轮在极端环境下工作的最小侧隙,得出其随环境温度变化的规律。为其未来在航空航天的应用提供了理论依据。     

外部与内部激励对正时齿轮传动系统动力学的影响

为了分析外部与内部激励对正时齿轮传动系统动力学的影响,采用AVL_EXCITE Timing Drive动力学软件建立正时齿轮传动系统的动力学模型,分析外部激励如负载扭矩、曲轴转速波动与内部激励如齿侧间隙等对动力学的影响;比较不同载荷、是否加载曲轴转速波动和不同齿侧间隙下的齿轮角速度和啮合力曲线。结果表明:角速度与啮合力曲线峰值位置与负载峰值位置相近,其峰值受负载峰值影响较大;在凸轮轴齿轮需要扭矩输出的情况下,齿轮在驱动侧产生的啮合力显著高于背隙侧产生的啮合力;曲轴转速波动的存在,使得动力学结果发生了较大的变化,为了更为准确地进行动力学分析,曲轴转速波动是必须考虑的因素;增大齿轮齿侧间隙,角速度与啮合力峰值也相应地变大,角速度波动加剧,啮合过程中的振动与冲击更加明显;齿侧间隙设计太小又会造成加工难度及成本的增加,因此需要合理地选择齿侧间隙。