大型风电齿轮箱系统模态分析

摘要

在风力发电机组中，齿轮箱系统是最重要的部件之一。对风电齿轮箱系统进行结构动力学分析十分重要，模态分析是动力学分析的基础，本文同时采用了有限元模态分析方法和实验模态分析方法来研究风电齿轮箱，能够更深入的了解其动态特性。
　　本文以某型1.5MW风电齿轮箱为研究对象，研究了箱体-齿轮-轴-轴承-行星架的耦合动力学模型有限元模态分析。首先建立一个有效的有限元模型，忽略掉细小特征对结构的影响。对风电齿轮箱进行静力学分析，比较两种不同方式的网格划分。采用弹簧来等效替代轴与箱体之间的轴承，考虑了轴承实际工况中的轴向、周向和径向的作用，采用弹簧等效齿轮副之间的啮合刚度。合理进行边界条件的设置，使其尽可能与实际情况相符，得到风电齿轮箱系统的前十阶模态频率和振型。探讨了轴承支撑刚度和齿轮啮合刚度对系统的振动变形和固有频率的影响。
　　对安装在试验平台上的风电齿轮箱进行了实验模态分析，采用单点激励多点响应的频响函数模态测试方法，利用有理分式多项式法来对实验测试数据进行模态参数识别，得到系统的模态频率、阻尼比和振型。对比研究有限元模态分析和实验模态分析的结果，最大误差为6.9％，发生在第四阶。实验模态分析和有限元模态分析的研究对风电齿轮箱系统动力学的进一步深入研究打下基础，同时对风电齿轮箱的状态监测和故障诊断有着重要的意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 本文主要研究内容

2 模态分析及参数识别

2.1 模态分析

2.2 模态参数识别

3 风电齿轮箱系统有限元模态分析

3.1 有限元模型的建立

3.2 网格划分方法与单元类型选择

3.3 有限元模型简化与边界条件处理

3.4 初始条件下的有限元模态分析

3.5 轴承刚度对齿轮箱系统模态的影响

3.6 齿轮啮合刚度对齿轮箱系统模态的影响

3.7 小结

4 风电齿轮箱系统实验模态分析

4.1 实验模态测试技术

4.2 实验模态分析方案的设计与实施

4.3 实验模态分析信号数据处理

4.5 分析与讨论

4.6 小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文