750 kW风力机组齿轮箱动力学仿真分析

风力发电机组系统运行时产生剧烈的振动,对齿轮箱的运行精度和齿轮寿命的影响非常大。针对这一情况,文章对齿轮箱进行了重新设计、建模。基于多体系统动力学方法、模态振动、冲击-接触理论,以750 kW型风机齿轮箱为研究对象,通过对齿轮箱的仿真分析,得出齿轮啮合和碰撞力以及动能随时间的变化曲线。文章还对高速齿轮轴进行了模态分析,得到弯曲模态振型图,并将高速齿轮轴、行星轮、行星架和齿轮Z1变为柔体进行应力分析,得到齿轮的应力分布图,为齿轮箱总体动力学特性分析及齿轮箱优化设计奠定基础。     

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。     

风电机组齿轮箱行星架疲劳寿命分析

文章介绍了风电机组传动系统结构和布置形式,应用Solidworks建立传动系统模型,对机组进行全工况载荷测试。分析行星架受力情况和运行状态,应用Workbench对行星架进行单位载荷静力学分析,并依据疲劳积累损伤理论及应用Fe-safe对行星架进行疲劳寿命分析,将分析结果进行后处理,得到行星架疲劳寿命云图及其剩余循环次数。最后分析了行星架疲劳失效主要原因,建立了行星架健康管理档案。     

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。     

渐开线行星齿轮传动技术的发展

介绍了行星齿轮的分类和特点、行星齿轮传动的效率、均载和振动、噪声方面的研究现状;总结了国内外一些学者的研究成果,对于效率的计算,用途最广泛的是啮合功率法;对于某些特殊的结构,用特殊的方法可以大大地简化计算过程;对于均载的研究,介绍了几种典型的均载机构和国内外一些学者的研究成果;对于行星齿轮传动振动噪声的研究,主要介绍了动力学模型和动态响应求解方法;最后指出行星齿轮传动动力学,低振动、低噪声行星齿轮传动和大功率行星齿轮传动设计为需要进一步研究的问题。     

曲轴齿轮啮合冲击及过盈配合的有限元分析

利用有限元理论和数值计算方法,对曲轴齿轮和惰轮啮合状态进行了冲击载荷作用下的动应力分析,并对曲轴齿轮和曲轴段的过盈配合状态作了接触有限元计算.通过对曲轴齿轮综合接触应力和齿根应力的计算分析,为曲轴齿轮的设计和改进提供了理论依据.     

考虑热弹流的齿轮多学科设计优化

现有航空发动机齿轮优化设计时通常不考虑尺寸变化对齿轮局部温度梯度的影响,导致应力计算结果与实际相差较大,优化效果不好。为此,提出了基于热弹流分析的齿轮多学科设计优化方法,首先通过热弹流润滑理论对齿轮进行热弹流数值分析,计算出油膜厚度、压力等参数,然后通过求解能量方程得到齿轮温度分布,采用该温度进行应力计算,最终在优化过程中考虑了结构、传热、强度的相互影响,提高了优化结果的准确性。将此方法应用于某传动系统行星齿轮优化设计,该方法与传统设计方法相比,能提高行星齿轮设计能力,优化后行星齿轮减重10.2%。     

风电机组行星齿轮-滚动轴承耦合系统动态特性研究

为满足行星齿轮与滚动轴承集成设计需求，基于多体动力学理论和弹性接触理论，提出一种考虑行星齿轮与滚动轴承动态相互影响且能计算各滚动体接触载荷的行星齿轮-滚动轴承耦合系统动力学建模方法。以风电机组行星齿轮滚动轴承系统为研究对象，构建其耦合系统动力学模型，研究行星齿轮与滚动轴承间的耦合作用机理。研究发现：行星齿轮对滚动轴承动态响应影响显著，受齿轮啮合力影响滚动体接触载荷与轴承偏心轨迹呈高频波动特征，设计时应充分评估行星齿轮对滚动轴承动态响应影响。     

行星差动齿轮箱速比及功率分配计算

本文以Maag DPPV风电行星差动齿轮机构为例,使用Romax软件建立了此行星差动齿轮机构的虚拟样机模型,验证了行星差动机构传动比与功率分流的内在规律,同时建立的Romax模型为后续系统分析齿轮箱的可靠性提供了基础,这也为行星差动齿轮机构的分析提供了一条新途径。