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。     

计入齿圈柔性的风电机组行星传动动态特性研究

为研究齿圈柔性对风电机组行星齿轮传动系统动态特性的影响,将连续体的柔性齿圈离散成多段刚性轮齿段,以连接处的扭簧扭转刚度来量化齿圈的柔性特点.在行星架随动坐标系下,综合考虑啮合刚度、支撑刚度和齿圈柔性等因素,建立计入齿圈柔性的行星传动系统平移—扭转耦合动力学模型,继而分析齿圈柔性、齿圈支撑点数目与负载力矩对齿圈变形及系统...     

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。     

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。     

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。     

考虑齿圈柔性的风电机组行星传动均载特性与灵敏度分析

以风电机组中的行星齿轮传动系统为研究对象,综合考虑各齿轮的偏心误差、装配误差等因素对行星传动系统均载性能所产生的影响,采用有限段单元的离散化建模方法,建立计入齿圈柔性的行星齿轮传动动力学模型.继而分析在考虑齿圈柔性时误差对系统动载荷及太阳轮浮动轨迹的影响,并进一步揭示误差值、支撑点数目以及齿厚对所建动力学模型均载性能的...     

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。     

计入齿形误差的风电机组行星齿轮传动系统动态特性研究

以风电机组行星齿轮传动系统为研究对象,考虑齿形误差因素,建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学分析模型,研究分析各阶次误差对系统动态特性的影响.通过对模型求解,得到不同形式误差下系统动载荷的时域历程和频谱,分析不同形式误差对系统动载荷、太阳轮浮动轨迹以及系统均载性能的影响.研究得出在太阳轮计入齿形误差后,系统动载荷波动以...     

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。     

风电齿轮传动系统弹流润滑特性研究

为研究风电机组齿轮传动系统的润滑特性和动力学特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮油膜刚度、齿轮啮合刚度以及轴承时变刚度等,计入轴的柔性并采用有限元法建立多自由度渐开线直齿轮动力学模型,利用Newmark 积分方法求解多源时变激励下两级齿轮传动系统的动力学特性。讨论不同工况条件对油膜刚度的影响,并研究系统润滑特性、固有频率和振型的变化规律。研究结果表明,在考虑齿轮润滑效应后,齿轮啮合刚度降低,系统动态特性变化趋于敏感,系统固有特性均有所变化,其中对第11阶影响最为突出,然而在系统共振转速附近,固有特性变化趋势有所减弱。     

风电机组中两级齿轮传动系统动态温度响应与实验研究

为研究风电机组齿轮传动系统的动态温度场分布特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度和轴承时变刚度对系统影响,采用有限元法并计入轴系柔性建立两级平行轴齿轮箱的齿轮-轴-轴承耦合系统动力学模型.依据传热学原理对热传导,对流换热等参数进行分析,运用有限元法对系统动态温度场进行...     

计及齿轮全柔性的风电机组传动链有限元建模及扭振特性分析

大功率风电机组传动链关键部件柔性直接影响机组扭振特性及疲劳寿命,提出考虑齿轮柔性与啮合柔性的传动链有限元建模及扭振特性分析。首先,基于实际双馈风电机组传动链结构、材料属性与几何参数,考虑齿轮箱内齿轮柔性与齿轮啮合柔性,结合叶片、轮毂、主轴和发电机转子,建立风电机组传动链多柔体有限元模型。其次,基于有限元模态分析理论,提出一种基于矢量位移云图筛选扭振频率的分析方法,获取计及齿轮全柔性影响的风电机组中、低频范围的扭振模态,并与不同传动链模型结果进行比较,验证该文所建模型的有效性。最后,分别分析不同齿轮柔性和齿轮啮合柔性对传动链扭振频率和模态的影响。结果表明,该文所建模型不仅能反映传动链扭振固有的低频频率,而且能反映弯扭耦合产生的中频扭振频率,且相比齿轮啮合柔性,齿轮柔性系数影响传动链高频扭振特性明显。     

大型风力机齿轮传动系统机电耦合动态特性研究

针对目前风力机柔性齿轮箱动力学研究时简化电气系统的问题,以某8 MW永磁同步风力机为对象,建立包含详细电气系统和柔性传动链的风力机模型。基于该模型探究电气系统效应对风力机齿轮箱啮合刚度、动态接触应力、振动加速度等动力学特性影响。结果表明：电气系统效应使系统转速、时变啮合刚度、接触应力相位滞后且波动减小;电气系统效应抑制各级齿轮角加速度及箱体振动加速度高频成分并减小传动链振动;风速突变时,电气系统效应可减小高速级齿轮峰值啮合力,增强风力机传动链抵御冲击能力。     

大型风力机圆形扩展基础倾覆破坏机理分析

为研究以坡积土为持力层的风电基础在风荷载作用下的倾覆破坏机理,以2 MW装机容量的圆形扩展基础为研究对象,基于ABAQUS有限元软件对该基础的室内1∶10缩尺模型的地基土应力和基础沉降进行计算研究。同时利用该基础的缩尺模型试验结果验证数值模型的可靠性。研究表明:随机风荷载引起的地基土应力的扩大效应和不均匀沉降的扩大效应,是导致风力机基础出现倾覆破坏的主要原因;当受强风荷载作用时,迎风侧基础边缘的土体首先进入塑性区,发生屈服破坏,导致上覆土体隆起,基础倾覆破坏就会随之发生。建议在进行风电基础设计计算时,对风力机基础中轴线上的相对沉降验算点处的沉降乘以合适的沉降扩大系数,以保证基础结构安全稳定。     

环氧树脂灌浆料在风电机组基础环式基础加固中的应用研究

针对基础环式风电机组基础常见的开裂、冒浆现象,提出采用环氧树脂灌浆料修补T型法兰附近区域裂缝并填补磨空区。采用有限元软件ABAQUS建立未损坏基础和环氧树脂灌浆料加固后基础最不利截面处局部有限元模型,通过往复加载研究了基础的耗能性能,分析结果表明,环氧树脂材料加固后基础的耗能性能较加固前有大幅的提升。建立环氧树脂和水泥基两种不同灌浆材料加固后基础整体有限元模型,通过单调加载研究基础在极限荷载标准值和设计值下的应力应变分布,分析结果表明,和水泥基灌浆材料加固后的基础相比,环氧树脂材料灌浆加固后T型法兰和基础混凝土接触面的压应力分布更均匀,应力集中现象明显缓解,T型法兰上方混凝土塑性区范围明显减小。     

变风载下风力发电机齿轮传动系统动力学特性研究

根据风力发电机齿轮传动系统所处的由随机风速引起的复杂变工况环境,用自回归AR风速模型模拟实际风场的风速,获得了由随机风速引起的时变风载荷;采用集中质量参数法建立了传动系统的纯扭转动力学模型,求得了系统的固有频率和阵型;研究了传动系统在时变风载下的动态特性,求得了各齿轮的振动位移和各齿轮副的动态啮合力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。