风电行星轮系动态传动误差计算与分析

风电齿轮箱内的行星齿轮系在运行过程中产生的传动误差分析困难。为解决此问题,考虑行星齿轮系的实际工况,利用三维绘图软件建立多间隙的行星齿轮系非线性有限元模型。采用显式动力学求解方法,结合非线性动力学软件及齿轮啮合原理,讨论风电行星轮系在不同转速和负载时的动态传动误差曲线的变化规律。结果表明:时变啮合刚度和动态传动误差之间有一定的关联;行星轮系的动态传动误差与行星轮的动态传动误差存在差异。通过仿真证明了齿轮啮合刚度和传动误差对风电齿轮箱内的行星齿轮系运行过程有影响,实际应用中采用修边齿轮。     

基于非线性有限元接触理论行星齿轮副瞬态啮合特性研究

为了比较分析风电行星齿轮副啮合面和非啮面瞬态接触特性的差异,根据非线性有限元接触理论,建立了某风电增速用输入级传动机构NGW型行星轮系的非线性有限元模型,对行星齿轮副的瞬态啮合过程进行了动力学实验研究,获得了行星轮系构件齿廓不同啮合位置应力的时间历程曲线。研究表明啮合轮齿廓不同位置的应力具有相似的变化规律;与外啮合的行星齿轮轮廓应力相比,内啮合行星齿轮齿廓的应力较大。在此基础上,对比分析了风电行星齿轮副的关键工况参数对啮合面和非啮合面的瞬态接触的影响,为以改善行星齿轮啮合性能和可靠性为目标的动态优化设计方案确定提供有益的指导。     

风电齿轮箱磨损故障建模与分析

为获得磨损故障状态下风电齿轮箱的传动特性,开展仿真实验研究。以MW级风电齿轮箱为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行健康和两种中间级行星轮磨损状态的动力学仿真。结果表明：通过监测风电齿轮箱高速级小齿轮的角加速度信号,可以判定中间级行星轮是否存在磨损故障;中间级行星轮磨损故障状态下,高速级小齿轮角加速度信号的故障频率幅值随着磨损程度的增大而增大,啮合频率的幅值随着磨损程度的增大而减小;高速级小齿轮角加速度信号的边带啮合频率幅值比可以作为中间级行星轮磨损故障的判别依据,通过该值可以监测磨损故障的变化趋势。     

非圆行星轮系瞬态动力学分析

论文分析了非圆渐开线直齿轮传动的节曲线方程,利用三维软件对非圆行星轮系进行三维建模,再把模型导入Adams中进行运动学和动力学分析。对非圆齿轮行星轮系运动过程中的输入力矩、输出力矩的特性进行了研究,从而分析出非圆行星轮系在运动过程中轮齿受力最大的位置,再把模型导入Ansys/Workbench中进行瞬态动力学分析,以准确、快速地得到非圆齿轮行星轮系在啮合过程中轮齿表面的应力分布图以及总变形图,从而验证非圆行星轮系结构设计的正确性。为优化非圆行星轮系的结构设计及应用提供重要数据。     

风电齿轮箱行星轮滑动轴承油膜特性分析

随着风电机组朝着大兆瓦机型、深海风电场发展,滑动轴承在风电齿轮箱中相比滚动轴承具有更大的优势,风电轴承的“滚滑替代”成为风电行业面临的一项新挑战。本文采用CFD仿真方法,对某大兆瓦风电齿轮箱一级行星轮滑动轴承的油膜承载特性进行仿真模拟。研究了滑动轴承油膜的压力分布,并积分计算了油膜的承载能力,获得了进油压力及轴承转速对风电齿轮箱一级行星齿轮滑动轴承油膜承载能力的影响规律。研究结果表明：进油压力对油膜压力及承载力的最大值影响为0.2%,轴承转速对油膜压力及承载力的最大值影响为20%,油膜压力及承载力对轴承转速相比进油压力的敏感性更加明显,为风电齿轮箱行星齿轮滑动轴承的设计计算提供了参考依据。     

人字齿行星传动精度半解析建模与分析研究

针对考虑误差的人字齿行星轮系传动精度求解的准确性与效率问题,提出一种人字齿行星轮系传动精度建模与分析的半解析方法,以便准确高效地分析制造误差对人字齿行星轮系传动精度的影响规律。基于切片法建立考虑齿距误差和双螺旋线对中误差的人字齿行星轮系准静态解析模型,人字齿轮内外齿轮副的柔度矩阵采用有限元子结构方法获得;通过迭代求解模型的非线性微分方程组分析行星传动在误差和负载作用下运动(位移/转角),形成半解析的人字齿行星轮系的传动精度分析方法;以3个行星轮的人字齿行星轮系为例,分析在负载工况下齿距偏差和双螺旋线对中误差对传动精度的影响,并在同等精度条件下与有限元对比提高计算效率300倍以上,说明本模型的有效性与准确性。     

基于齿廓修形的齿轮箱行星轮系优化设计

以某船用齿轮箱为研究对象,利用Romax建立了齿轮箱行星轮系模型,通过对齿轮进行修形的优化研究以提高齿轮传动的平稳性及其使用寿命。结合齿轮修形理论,确定了对太阳轮做齿顶渐开线修形、太阳轮及行星轮做鼓形修形、太阳轮做齿端倒坡修形的综合修形方案。不同于传统的经验公式法来确定修形量,文章以传递误差、单位长度载荷分布及闪温为指标得到了修形量对行星轮系进行修形。通过对比分析修形优化前后的齿轮传动性能,修形后行星轮系的可靠性和使用寿命均得到了提高,振动和噪声问题也得到了改善。     

风电齿轮箱直齿轮传动系统动态特性影响分析

综合考虑齿轮啮合刚度、齿侧间隙、齿轮啮合误差以及外部激励等多种非线性因素对齿轮传动系统动态特性的影响,建立风电齿轮箱传动系统高速级直齿轮传动的纯扭转非线性动力学模型,用拉格朗日方程推导了传动系统的振动微分方程。采用Runge-Kutta法对直齿轮系统非线性动力学模型进行求解,得到传动系统的时域波形、频谱图和相位图。定量给出齿轮转速、齿侧间隙等参数变化对齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:随着转速和齿侧间隙的增大,传动系统的振动幅值明显增大,系统的振动加剧。为风电齿轮箱传动系统的固有特性,动态响应等动力学特性奠定了一定的基础。     

RV减速器柔性因素对动态传动误差影响分析

为研究RV减速器柔性因素对传动精度的影响,以BX40E减速器为研究对象,综合考虑支承弹性变形及齿轮接触弹性变形对系统动态传动精度的影响,建立多自由度RV减速器动力学模型,提取系统的动态响应;探究变载、变速条件下各级传动接触及支承变形对动态传动误差的贡献量,量化分析BX40E减速器传动误差对各柔性因素的灵敏度。结果表明：动态传动误差随负载增加而增加,输出转速平稳性随负载和转速增加而下降;二级传动的接触变形对减速器传动误差贡献最大,柔性支承贡献次之;传动误差对“摆线齿轮-曲拐”处及“行星架-曲柄轴”处支承刚度的敏感度高于其他支承处,对二级齿轮接触刚度的敏感度高于一级传动。     

变风况下风电机组增速行星轮系振动疲劳寿命分析

对时变风载条件下,风电机组增速行星轮系产生的振动冲击对装备疲劳寿命的影响进行研究。以1.5 MW风电机组2K-H斜齿增速行星轮系为研究对象,建立Davenport风速模型,通过有限元分析行星轮系振动激励响应,获取输入载荷的功率谱密度(PSD),拟合材料S-N曲线。采用Lalanne频域疲劳损伤理论,在nCodeDesignLife软件中对行星轮系疲劳寿命进行分析,获得了行星轮系疲劳破坏分布及理论使用年限,为前期增速行星轮系寿命的可靠性设计提供理论依据。     

轻载装载机变速箱振动特性分析与试验

为了给装载机变速箱减振降噪提供依据,通过集中参数和有限元法相结合的方式对变速箱进行振动分析。综合考虑液力变矩器激励、齿轮系统内部激励等因素,建立装载机变速箱传动系统的弯-扭耦合动力学模型,求解得到各轴承的动态支反力;建立箱体有限元模型,进行模态分析,以轴承动态支反力为激励,在模态的基础上进行箱体谐响应分析,得到箱体在激励下的振动响应,选择箱体表面的振动测点,分析测点的振动加速度,找到并分析振动峰值及对应振型;最后进行变速箱振动试验,验证仿真的正确性。结果表明：传动系统的激励主要集中在输入和输出平行轴齿轮处,传动系统和箱体振动的峰值频率均和齿轮啮合频率相近,变速箱箱体振动较大的位置位于箱体的底部。试验与仿真对比,试验中存在和仿真相近的峰值频率,仿真和试验所得的振动加速度均方根误差值小于20%,验证了仿真的正确性。     

兆瓦级风电增速箱研发中的几个问题

介绍了中国重型机械研究院有限公司开发的兆瓦级风力发电增速箱的传动形式选择、齿轮强度计算的系数选取、轴承选配和寿命计算以及增速箱试验应采取的型式,为进一步开发兆瓦级风力发电增速箱提供了参考。     

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度，但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配，增大齿轮间的啮合力，影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征，构建大型行星轮系的有限元仿真模型，对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析，获得系统中各类齿轮的危险应力历程，为可靠性分析模型提供载荷输入变量，以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换，建立行星齿轮系统可靠性分析模型，完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下，行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性，降低齿轮的有效使用寿命。     

机床齿轮箱变速器振动特性分析及优化研究

针对机床在运行过程中需要平稳少振的特点,以某型号的机床齿轮箱变速器为研究对象,分析齿轮箱变速器振动的成因及理论减振方法。利用MASTA软件建立齿轮箱变速器仿真模型,对其进行齿轮耦合模态分析和阶次跟踪分析,得到关注频率内的共振参数和动态啮合力、啮合柔度相位及大小的变化曲线,确定变速器的谐波啮合阶次和响应峰值频率。通过游隙控制分析,获得游隙对齿轮箱变速器振动特性的影响规律,得到不同轴承对响应峰值的作用规律和不同游隙下各谐波阶次对应响应峰值的变化规律。结果表明：优化后的响应峰值显著降低,齿轮传递误差减小,改善了齿轮箱变速器的振动特性。     

风电机组行星传动柔性齿圈变形特点分析

以风力发电机行星传动系统为研究对象,为揭示齿圈变形特点,将齿圈离散为多段刚性轮齿段,对每两轮齿段用理论长度为零的双向扭转弹簧及铰链连接。在行星架随动坐标系下,综合考虑支撑刚度、齿轮啮合时变刚度和齿圈柔性,建立了风力发电机行星传动系统刚-柔耦合动力学模型。分析各构件间的相对运动微位移及齿圈的受力情况,运用牛顿力学推出动力学方程;基于所建模型,分别讨论了不同扭簧扭转刚度、负载力矩、支撑点处径向支撑刚度和周向支撑刚度条件,得到了齿圈的变形特点。该结果可为风力发电机行星传动的设计提供参考。     

风力发电机增速行星传动系统均载分析

建立风力发电机增速行星齿轮传动系统的计算模型,从静力学角度出发分析系统的均载特性。针对各构件的偏心误差和齿轮误差计算该系统的载荷分配不均衡系数,并分析相关因素对载荷分配不均衡系数的影响,为风力发电机增速行星齿轮传动工程应用提供参考。     

基于SCADA数据协同的风力机故障检测与控制

为了在不停机的前提下,安全可靠地对齿轮箱进行故障检测,并实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,提出一种基于标准数据采集与监视控制(SCADA)数据协同的风力机故障检测与控制方案。介绍了风力发电机的系统模型与SCADA解决方案框架,通过回归建模、异常分析和集成学习对风力发电机系统进行故障检测并获得健康指标;借助模糊逻辑控制对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,最后进行仿真实验,并将仿真结果与一个实际运行的2 MW风力发电机系统进行对比。实验结果表明：该故障检测与容错控制方案可以有效地对齿轮箱进行故障检测,并在存在故障时适当对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而降低叶片和塔架承受的应力,并有效降低了齿轮箱轴承和润滑油的温度。     

精密行星减速器优化设计及仿真分析

精密行星减速器具有传动精度高、效率高等优点,其性能的优劣对应用系统整体的性能有重要影响。为提高精密行星减速器的传动性能,以二级精密行星减速器为例,建立二级精密行星减速器三维模型,采用带鼓形的螺旋线的组合修形方式进行优化设计,然后对二级精密行星减速器整体轮系进行齿轮接触特性分析,对比分析了修形前后减速器的接触特性。分析结果表明：采用带鼓形的螺旋线修形方式,能够快速迭代获得最优解,并且降低了减速器的传动误差和因啮合变形产生的齿面接触应力集中。