啮合刚度对风电增速行星轮系振动影响研究

摘要

采用石川法计算行星齿轮系统内、外啮合的啮合刚度。并且针对啮合刚度的周期性和离散化特点，运用快速Fourier变换(FFT)技术分析时变刚度的频谱特性，分析啮合刚度这一周期性变化的激励对系统振动的影响，在频域内对齿轮啮合刚度这一周期函数进行较为准确的分析。同时采用三次样条插值对啮合周期内时变啮合刚度函数进行离散值拟合，并在此基础之上进行相关的研究和谱分析。为齿轮非线性动力学模型中啮合刚度的选用形式和处理方法提供理论依据和数据来源。
　　 建立了纯扭转动力学模型的动力学微分方程，方程中包含了啮合综合刚度这一非线性因素，运用DFT数值谐波平衡法求解系统的动力学微分方程，以某兆瓦级风力发电增速行星轮系为例，计算出了在变啮合刚度下系统各构件振动幅值情况，并用Matlab拟合出每个构件的振动幅值随时间的变化曲线，得出:输出构件的振动最强烈，为增速行星轮系的减振、降噪提供了改进方向。
　　 在分析平移一扭转动力学模型时，用多自由度计算了系统的动态特性，并就系统的非线性动态特性和线性的对比以及参数对行星轮系的影响进行了分析。通过计算行星齿轮系统时变刚度激励的频域解，分析啮合刚度这一非线性对轮系振动的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 本课题的背景和研究意义

1.2 国内外风力发电机组发展概述

1.3 增速传动机构的设计制造现状

1.4 风力发电机组故障分析

1.5 行星轮系动力学的研究现状

1.5.1 齿轮系统动态特性研究的内容

1.5.2 分析模型

1.5.3 求解方法

1.6 本文研究的主要内容

2 齿轮时变啮合刚度求解与分析

2.1 引言

2.2 齿轮系统的动态激励

2.2.1 刚度激励

2.2.2 误差激励

2.2.3 啮合冲击激励

2.2.4 外部激励

2.3 啮合刚度的求解方法

2.4 轮齿啮合刚度的石川法计算

2.4.1 啮合刚度与轮齿变形

2.4.2 石川法简化模型的基本参数求解

2.5 啮合刚度的计算结果及其谱分析

2.5.1 啮合刚度的计算

2.5.2 啮合刚度的谱分析

2.6 时变啮合刚度曲线的拟合

2.6.1 时变啮合刚度

2.6.2 综合啮合误差

2.7 小结

3 增速行星轮系纯扭转动力学模型分析

3.1 建立齿轮动力学模型的目的

3.2 综合误差激励下增速行星轮系纯扭转动力学模型的建立

3.3 兆瓦级增速行星轮系各构件动力学响应计算

3.3.1 非线性动力学方程的变换

3.3.2 谐波平衡法求解步骤

3.4 行星轮系动态响应分析

3.5 本章小结

4 增速行星齿轮传动平移——扭转动力学模型分析

4.1 引言

4.2 风电增速行星轮系动力学模型的建立

4.3 建立增速行星轮系的运动微分方程

4.4 行星传动系统的振动模态分析

4.4.1 固有频率与振型的求解

4.4.2 增速行星轮系扭转——平移行星轮振动模式图

4.4.3 增速行星轮系各构件的幅频特性曲线

4.5 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录