齒輪故障狀態(tài)下MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及關(guān)鍵部件有限元分析.pdf

1、日益嚴(yán)重的環(huán)境污染與不可再生能源的不斷匱乏，使得風(fēng)能以嶄新的角色登上可利用新能源的榜單。同時(shí)，由于其資源儲(chǔ)量大、安全可靠以及清潔可再生等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其成為新增電力供給的中堅(jiān)力量。但因其所處工作環(huán)境的特殊性，一旦發(fā)生故障維修困難且花費(fèi)巨大，因而對(duì)其各個(gè)部件的使用壽命及可靠性提出了很高的要求。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，其工作性能的優(yōu)劣直接影響整機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。因此，對(duì)其做動(dòng)態(tài)特性研究就顯得十分必要。
　　本文以1.5MW

2、風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過建立隨機(jī)風(fēng)速模型、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程組以及多種齒輪故障狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)在不同齒輪故障狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性來分析研究，并找出其影響特征和規(guī)律，為風(fēng)電機(jī)組故障發(fā)現(xiàn)與預(yù)警提供一定的理論依據(jù)。最后對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件行星輪系進(jìn)行了有限元分析。具體研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論包括：
　　(1)基于風(fēng)資源的特性，利用諧波疊加法建立了隨機(jī)風(fēng)速模型。并以該隨機(jī)風(fēng)速為基礎(chǔ)，獲得了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩時(shí)程圖，為風(fēng)電機(jī)組齒輪

3、傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析提供了外部激勵(lì)這一條件。
　　(2)利用集中質(zhì)量法，在考慮了齒輪時(shí)變嚙合剛度、軸承支承剛度等因素的影響，建立起風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程。此模型充分考慮了各部件的受力情況，更準(zhǔn)確地描述了系統(tǒng)的實(shí)際工況，為后面系統(tǒng)在齒輪故障狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析提供了基礎(chǔ)。
　　(3)根據(jù)不同齒輪故障的特點(diǎn)，建立了風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪在不同故障下的時(shí)變嚙合剛度模型；并得到齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在不同齒輪故障下的動(dòng)力學(xué)特性響應(yīng)

4、，研究分析了其對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明：不同形式的齒輪故障會(huì)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)幅值產(chǎn)生不同程度的波動(dòng)，齒根裂紋故障所產(chǎn)生的幅值波動(dòng)較為明顯，且其嚙合力幅值波動(dòng)呈現(xiàn)出不對(duì)稱現(xiàn)象。
　　(4)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件行星輪系進(jìn)行了有限元分析。首先，對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析，并得到固有頻率和振型，為避免產(chǎn)生有害振動(dòng)提供了參考；其次，仿真分析了其在隨機(jī)風(fēng)載下的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，得出其最大的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D及相應(yīng)的時(shí)程圖。結(jié)果表明，行星輪系應(yīng)力與