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。     

开裂纹转子的动力分析

以水平放置Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了纯弯曲振动与弯扭耦合振动情况下的转子的动力响应。结果表明：弯扭耦合振动是通过不平衡量来实现，当不平衡偏心很小时可以不考虑扭转振动的影响。当不平衡偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且随裂纹深度的增加，影响的转速下限就会越低，所以当裂纹较浅，转速较慢时可不考虑扭转的影响，但当裂纹较深，转速较快时，扭转对弯曲振动有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感。因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

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。     

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。     

曲拐弯扭耦合振动影响规律研究

基于圆盘非对称转子简化模型和达朗贝尔原理,建立了曲轴单拐弯-扭耦合非线性振动数学模型,并利用解析推导法和四阶龙格库塔的迭代数值求解方法研究了弯曲振动和扭转振动间的相互影响规律。研究结果表明,弯曲振动(或扭转振动)会耦合产生多种频率成分的扭转振动(或弯曲振动),耦合振动幅值随着激励频率和偏心距的增加而加大,且弯曲振动对扭转振动的耦合影响相对较大。     

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。     

制动工况下风电齿轮传动系统的动力学特性分析

考虑多种内、外部因素通过仿真获得风力发电机正常制动时齿轮箱的外部载荷。采用集中质量参数法在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、综合啮合误差、齿侧间隙和齿面滑动摩擦力等因素的情况下建立风力发电机齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型;利用数值方法求得传动系统在制动工况下各齿轮副沿啮合线的振动位移和动态啮合力等;分析齿侧间隙和齿面滑动摩擦力对风电齿轮传动系统动力学的影响。     

碰摩转子弯扭耦合振动特性仿真实验研究

建立了一碰摩转子弯扭耦合数学模型,应用非线性动力学理论对碰摩转子弯扭耦合数学模型的动态响应进行仿真。仿真结果表明,碰摩使转子的扭转振动和弯曲振动相互影响,产生复杂的运动形态。本文的研究结果对深入认识转子的碰摩机理和准确地诊断碰摩故障具有一定的参考价值。     

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。     

弯扭耦合的旋转机械轴系弯振特性的研究

随着旋转机械在役运行时间的增加,转子部分多数会有质量偏心现象出现。这使得转子轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。在已有耦合振动方程基础上,采用有限差分、Newmark积分法求得动力响应,以300 MW汽轮发电机组为研究对象,将其模化为多支承分布质量模型,采用FFT、STFT和wavelet多种方法分析它在简谐衰减、非同期并列两种典型工况激励下以及不同偏心函数、弯扭下的弯振特性。分析结果为研究旋转机械复杂转子系统耦合振动中弯振特性的定量、定性分析提供了依据。图24参7     

含间隙碰撞振动系统的非线性振动特性

基于广义Hertz接触理论,建立了含对称间隙结构的碰撞振动动力学模型,采用四-五阶Runge-Kutta法进行了数值求解,并通过分析不同频率比、激振力幅值和间隙下的分岔图、相图、Poincaré图和功率谱图研究了该模型的非线性振动特性.结果表明：随着频率比、激振力幅值和间隙的改变,碰撞振动系统出现了周期、倍周期和混沌运动;频率比和激振力幅值对系统的非线性振动特性影响很大,出现了较宽的混沌带,而间隙对系统响应的影响相对较小,但在较小间隙的变化范围内,系统的振动特性变化却较显著.     

汽轮发电机组转子及轴系弯扭耦合振动发展现状与展望

随着汽轮发电机组容量增大,轴系增长,在役运行时间增加,转子部分多数会有质量偏心现象出现,这使得转子轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。从弯扭耦合的角度来研究汽轮发电机组轴系的振动,将能更准确地把握轴系的动力学特性。总结了近年来国内外对汽轮发电机组转子及轴系弯扭耦合振动问题的研究进展和成果,并对其进一步研究进行了展望。弯扭耦合振动的研究对汽轮发电机组的安全运行和故障诊断都具有十分重要的意义,进一步的深入研究必须与力学学科一系列前沿问题研究相结合。     

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啮合力的影响,并进一步揭示太阳轮浮动轨迹在不同齿圈支撑点数目下的表现特点。研究结果表明:工作过程中的柔性齿圈产生较大的弹性变形,致使太阳轮与行星轮啮合力幅值出现长周期波动,且其频谱中出现多个转频成分,经对比发现该转频分别为行星架转频、ζ倍行星架转频及2ζ倍行星架转频(ζ为齿圈支撑点数目)。当支撑点数目与行星轮个数满足倍数关系时,太阳轮浮动轨迹较为规律,其外轮廓与刚性齿圈条件下一致;否则,浮动轨迹外轮廓呈现出具有ζ个瓣叶的花瓣状。     

脉动风速和电网故障作用下双馈风电机组传动系统动态响应特性

为研究大容量双馈风电机组在脉动风速、齿轮时变啮合特性和电网扰动等多因素耦合作用下传动系统的动态响应特性,在Matlab/Simulink平台上,采用集中质量法建立了机组传动系统弯扭耦合动力学模型,并结合双馈风电机组运行及控制模型,形成机组传动系统的机电耦合模型,分析了机组在多种脉动风速及其与电网对地短路故障同时作用条件下传动系统的动态响应特性。计算结果表明：机组传动系统对低频振动频率具有欠阻尼特性,当脉动风速的脉动频率接近传动系统的一阶固有频率时会与传动系统产生共振;通过对比有无齿轮时变啮合激励,可以甄别传动系统与齿轮啮合激励的共振点;电网三相对地短路故障引起的传动系统振动最为剧烈,其最大振动峰峰值随风速的增加非线性增大,随风速湍流强度的增加线性增大。     

汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动问题研究综述

汽轮发电机组轴系由于存在质量不平衡和电磁扰动,在轴系中存在着弯曲振动,在发电机转子存在扭转振动,此前的研究工作大多将轴系的弯曲振动和扭转振动分别进行研究,但在工程实际的某些条件下,研究表明存在着弯扭耦合振动问题。对系统的弯扭耦合振动研究能对振动机理和运行规律有更为深入的认识和更为准确地反映机组的运行状态。总结了汽轮机组轴系弯扭耦合振动问题的研究现状,并对弯扭耦合的研究问题进行了展望。     

外激励作用下不平衡转子系统弯扭耦合非线性振动特性研究

采用Lagrange方程考虑6个方向的自由度,推导了考虑弯扭耦合振动的转子系统运动方程。分析了两种不平衡的作用,即静不平衡和动不平衡,同时考虑了重力和陀螺效应的影响。当外激励力和外激励力矩作用在该系统上时,采用数值仿真研究了系统弯扭耦合的非线性振动特性,发现系统所具有的各种非线性振动现象。对于建立比较完备的转子弯扭耦合振动模型和转子系统的故障诊断具有一定的意义。     

大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYSRmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。     

大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYS Rmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。     

汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动的数学模型

根据汽轮发电机组轴系各轴段所处位置不同，将轴系分为3类微元轴段，在分析微元轴段力和力矩基础上，分别推导了各类轴段的弯扭耦合振动偏微分方程组。该方程组是基于分布质量模型的耦合振动数学模型，它能综合考虑机组诸多因素，比较接近实际地研究机组动力特性。该方程组是高度非线性的，轴系质量偏心是弯扭耦合的一个前提。利用本文给出的方程组，可以进行弯扭耦合振动的固有频率、振型及瞬态响应计算。     

基于相位调谐的船用两级行星传动系统振动研究

为获得船用两级串联人字齿行星齿轮传动系统的振动特性,对其进行动力学第一类问题研究。基于相位调谐理论分析系统动态啮合力,定性总结了在一般情况下不同啮频谐波下的6种激励模式及其与系统参数的关系。基于Romax软件建立系统动力学仿真模型,以1 MW两级串联行星齿轮箱为例,获得了系统固有特性和稳态动力学响应。研究表明：该系统的固有特性包含5种具有规律性的振动模式,即单级横移-摆动模式、耦合横移-摆动模式、单级扭转模式、耦合扭转模式和单级行星轮模式;与单级行星轮系不同,两级串联行星轮系的稳态动力学响应与激励和模态振型不存在一一对应的情况。