变转速下局部裂纹故障风电行星传动系统动力学分析

摘要

化石燃料的匮乏和污染已成为全球性的问题，风能作为绿色新能源受到各国的高度重视，全球风电产业迅猛发展。但风力发电机工作环境复杂，且载荷变化无规律，使得风电机组齿轮箱故障率居高不下，而行星齿轮传动系统是风电机组齿轮箱中的重要部件，因此研究故障对行星齿轮传动系统动态特性的影响具有重要意义。
　　以风力发电为背景,风电机组齿轮箱中的行星齿轮传动系统为研究对象,研究行星齿轮传动系统在局部裂纹故障状态下的动态特性。从啮合刚度、固有特性和动态响应三个方面,分析行星轮系不同齿轮出现局部裂纹故障对整个传动系统的影响。
　　首先，考虑系统中各部件的扭转振动，忽略时变啮合刚度和阻尼的影响，使用集中参数法建立了风电机组行星传动系统扭转模型，根据牛顿第二定律建立系统运动微分方程；运用韦伯法计算正常、太阳轮局部裂纹故障和行星轮局部裂纹故障状态下的内外啮合刚度；计算正常模型和裂纹故障模型的固有频率和振型，分析故障对固有特性的影响。
　　其次，考虑轮齿啮合接触部位以及接触面积的不断变化引起的时变啮合刚度，用能量法计算正常行星轮内外时变啮合刚度，并分别计算太阳轮出现不同长度和不同角度齿根裂纹故障的啮合刚度，分析裂纹长度和裂纹角度对啮合刚度的影响。
　　最后，同时考虑行星传动系统各部件水平、垂直和扭转三方向的振动，以及行星轮内外时变啮合刚度和啮合相位差，建立风电机组行星传动系统模型及系统运动微分方程；由于启动、停止或负载发生变化，转速会发生变化并使得振动信号出现明显的非平稳特性，以行星轮转角为啮合周期，将时域啮合刚度转化为角域啮合刚度，将非平稳信号转化为平稳信号；最后用阶次包络分析法分析变转速下的行星轮局部裂纹故障，验证了结果的正确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 风电机组行星齿轮传动系统动力学研究概况

1.3 论文主要研究内容

第2章 局部裂纹故障下风电机组行星传动系统的固有特性分析

2.1 前言

2.2 行星齿轮传动系统的结构

2.3 行星传动系统扭转模型建立

2.4 行星轮内外啮合刚度计算

2.5 行星传动系统固有特性分析

2.6 本章小结

第3章 行星传动系统时变啮合刚度计算

3.1 前言

3.2 正常行星轮内外啮合刚度计算

3.3 齿根裂纹故障行星轮内外啮合刚度计算

3.4 本章小结

第4章 变转速下局部裂纹故障行星传动系统动态响应分析

4.1 前言

4.2 行星传动系统平移扭转模型

4.3 变转速下啮合刚度

4.4 振动响应分析

4.5 阶次包络分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢