风电增速齿轮箱啸叫振动噪声分析及试验研究

摘要

风电增速齿轮箱作为风力发电设备中的关键部件，其性能好坏直接影响到风力发电机组的正常运行。由于风电设备运行环境特殊，常常受到外界随机风速作用，导致风电增速齿轮箱具有载荷波动大、振动噪声高等运行特点。因此，开展增速齿轮箱啸叫振动噪声分析及试验研究，对提升风电增速箱设计水平，提高运行平稳性具有重要的理论意义和工程价值。
　　本文来源于国家自然科学基金项目，以1.5MW风电增速齿轮箱为研究对象，进行齿轮系统传动误差计算、齿轮副动态啮合力模拟、齿轮箱啸叫振动噪声分析以及动态性能测试与信号处理。论文主要的研究工作如下：
　　①利用ROMAX软件计算齿轮副时变啮合刚度和轴承支承刚度；综合考虑时变啮合刚度、齿向修形、齿轮制造精度、齿面粗糙度等影响因素，采用集中参数法建立齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型，求解各自由度振动位移时域曲线，进而计算各级齿轮副传动误差以及动态啮合力。
　　②借助 LMS软件运动学模块，考虑各级齿轮传动误差、啮合阻尼、齿侧间隙以及轴承支撑刚度、阻尼等非线性参数，建立包含齿轮、轴、轴承、箱体的风电增速箱刚柔耦合分析模型，采用模态叠加法求解箱体表面振动响应和轴承支撑力；进而建立箱体声振耦合模型，运用有限元方法计算箱体表面声压和场点声压，实现增速箱啸叫噪声的预估。
　　③借助基于ROMAX的齿轮传动系统静力学模型和集中参数动力学模型，分析了不同制造精度与齿廓修形对齿轮副动态传动误差的影响；利用增速箱声振耦合模型，求得不同传动误差下的轴承动态支反力，进而以其作为边界条件，计算增速箱振动及啸叫噪声，研究了不同制造精度与齿廓修形齿轮不同传动误差对增速箱振动噪声的影响规律。
　　④利用风电增速箱综合性能试验台架进行振动噪声试验研究，获得箱体振动信号和场点声压信号的时域和频域曲线，并与齿轮箱振动噪声仿真结果对比分析，验证仿真方法的正确性。针对实测振动信号和仿真计算值，进行幅值谱、倒频谱和包络谱对比分析，得出增速箱可能存在的故障特征频率，并分析增速齿轮箱故障位置。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 风电增速齿轮传动系统传动误差分析

2.1 引言

2.2 风电增速齿轮箱静力学模型

2.3 风电增速箱传动系统动力学模型

2.4 风电增速箱传动齿轮副动态传动误差及动态啮合力

2.5 本章小结

3 风电增速齿轮箱振动仿真与啸叫噪声预估

3.1 引言

3.2 机械系统振动分析理论

3.3 风电增速齿轮箱模态分析

3.4 风电增速齿轮箱动力学特性分析

3.5 声学Helmholtz波动方程

3.6 风电增速齿轮箱啸叫噪声分析模型

3.7 风电增速齿轮箱声学特性分析

3.8 本章小结

4 齿轮精度和齿廓修形对增速箱振动及啸叫噪声的影响

4.1 引言

4.2 齿轮制造精度及齿廓修形对齿轮动态传动误差的影响

4.3 齿轮精度及齿廓修形对增速箱振动噪声的影响

4.4 本章小结

5 风电增速齿轮箱振动噪声信号分析及试验验证

5.1 引言

5.2 风电增速齿轮箱振动噪声测试

5.3 振动噪声测试分析

5.4 振动加速度信号幅值谱分析

5.5 振动加速度信号倒频谱分析

5.6 振动加速度信号包络谱分析

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 作者在攻读学位期间获得的奖励