风电齿轮箱高速轴轴承疲劳寿命及动态可靠性分析

为探究风电机组齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承在服役过程中的疲劳寿命和可靠度变化规律,以新疆达坂城风场年度风载荷为外部激励,建立基于威布尔分布的随机风速模型及考虑内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度等激励因素的风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过Newmark积分法求解高速轴轴承动载荷。运用雨流计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,结合线性损伤理论和非线性损伤理论的对比,获得轴承的接触疲劳寿命和动态可靠度。结果表明：额定功率下,在外部随机风载激励和内部齿轮-轴承耦合共同作用下,内激励仍然对系统高速轴轴承动载荷起主要作用。与线性损伤累计理论相比,非线性损伤累计理论考虑载荷加载的顺序效应,能更好地描述轴承在整个疲劳寿命过程中各阶段的疲劳损伤情况。轴承在服役过程中,前15年的损伤较小,可靠度衰减缓慢,而在后期可靠度呈现出非线性迅速下降趋势,应及时调整维护策略。     

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。     

齿轮减速器振动噪声预估公式定制方法研究

以单级齿轮减速器为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度、误差与轴承支撑等因素,通过齿轮系统动力学方法求解齿轮箱动态激励,采用FEM/BEM方法对其噪声辐射进行了数值预估。通过对比数值仿真与Kato公式计算在噪声值及变化趋势的一致性,验证了基于数值模拟方法进行减速器噪声预估公式拟合的可行性。分析了齿轮减速器振动噪声随齿轮精度等级的变化规律,建立了齿轮精度等级与减速器振动噪声的映射关系。依据齿轮误差与转速和负载的耦合作用关系,拟合了考虑齿轮精度等级的减速器噪声预估公式,实现了由减速器基本系统参数即可直接预测其辐射噪声的功能。开展了减速器振动噪声测试实验,对实验结果与拟合公式计算结果进行了对照,验证了拟合公式预估结果的准确性。     

风电轴承失效模式研究进展

轴承是风电机组的关键部件，在恶劣工况下工作容易出现过早失效。首先，以风电机组的主轴、变桨与偏航、齿轮箱、发电机等轴承应用部位作为出发点，对风电轴承的应用形式进行了总结；其次，介绍了风电轴承的主要失效形式(微剥落、微动磨损、白蚀裂纹、电蚀)并对失效原因和解决措施进行了分析；然后，从研究方式的角度，阐述了有限元法与试验法的研究成果；最后，提出风电轴承力学特性的分析以及失效模式的形成机理研究有待进一步深入，后续研究应注重于建立考虑设计及装配参数的耦合动力学模型，并进行更完善的试验设计以深入分析轴承的失效机制。     

考虑信号传递路径的行星齿轮传动太阳轮裂纹故障响应分析

为研究振动信号传递路径对行星齿轮传动系统太阳轮裂纹故障响应的影响，采用有限元法建立齿圈结构动力学分析模型，对比分析了考虑与未考虑传递路径的齿圈振动响应，验证了模型中传递路径的时变效应以及模型的有效性。开展了太阳轮裂纹故障试验，采用快速谱峭度法（Fast Spectral Kurtosis,FSK）对实验信号进行降噪以及故障特征提取，验证了太阳轮裂纹故障仿真结果的准确性。结果表明：仅考虑与太阳轮故障齿啮合的行星轮的传递信号时，故障信号在路径中的传递随距离增加呈现不断衰减趋势；当考虑所有行星轮的传递信号时，故障信号出现调制现象，随传递距离增加呈现衰减或增加趋势。