应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。

基于ANSYS Workbench的行星轮系高楼逃生器动力学研究

为进一步提高行星轮系高楼逃生器的使用性能,开展了行星轮系高楼逃生器的动力学研究。首先,采用Solidworks三维软件对行星轮系进行建模;其次,采用ANSYS Workbench对模型进行仿真,分析其受力情况;然后,探讨行星轮系高楼逃生器在传动过程中的动力学、动态力矩平衡等问题;最后,根据分析结果对设备进行优化。实验结果表明,优化后设备的受力情况得到明显改善,使用性能得到大幅提升。

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明:随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。

随机误差对光伏组件安装设备行星轮系影响机理研究

光伏组件安装设备作为新型特种设备,为减小系统振动、保证光伏组件稳定精确安装,针对动力传动系统中行星轮系双功率输入的微调工况,采用集中质量法,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等非线性因素,建立平移-扭转非线性动力学模型,在此基础上研究各轮齿的制造、安装误差对轮系的振动及均载特性影响。研究表明:当存在制造安装误差时,太阳轮浮动可自动定心适应误差影响,在行星架误差下太阳轮偏离理论原点最远;行星轮误差对系统响应影响最为显著,相较于其他部件误差产生的振动位移存在量级差异;所有行星轮均产生相同误差时系统的均载特性优于仅有单一行星轮误差。

考虑误差下的变位齿轮行星轮系载荷特性研究

针对制造误差和安装误差使得变位齿轮行星轮系行星轮在径向和周向的安装位置与无偏移值存在偏差,进而使行星轮间所受载荷不均匀的问题,开展了变位齿轮行星轮系载荷特性研究。基于转子动力学理论,考虑时变刚度和行星轮的径向与周向偏移,建立了变位齿轮行星传动系统5自由度动力学模型;采用龙格库塔法求解了系统的响应和频域图,研究了变位齿轮行星轮系的载荷特性,分析了在不同径向偏移量、周向偏移量、复合偏移量情况下的行星轮间载荷分布特性,探讨了行星轮的径向与周向偏移对行星轮系载荷分配的影响,得到了变位齿轮行星轮系载荷振动幅值在时间和频率下的变化规律。仿真结果表明,考虑误差的行星轮系载荷特性与无偏移情况下的载荷特性有较大的差异,其幅值受径向偏移的影响较大,其中,径向偏移量大对行星轮所受载荷的影响最大;在安装过程中,行星轮的微小偏移都可能导致载荷特性的巨大变化。搭建了行星传动系统振动测试试验平台,测试了行星减速机壳体的倍频振动响应信号,得到了行星传动系统载荷与振动响应之间的关系。试验结果的振幅变化趋势与仿真分析结果中的振幅变化趋势相似,证明所建立的动力学模型及理论计算比较准确。

刚度变化对行星轮系均载特性的影响分析

建立直齿圆柱齿轮行星齿轮传动系统的三维模型,并利用动力学仿真软件构建虚拟样机模型;通过动力学分析,验证了虚拟样机仿真模型的准确性和可行性。研究表明,传动系统中各零部件的支承刚度对均载特性均有明显影响,行星轮的支承刚度变化对均载特性的影响最为敏感;传动系统均载特性对太阳轮柔性支承刚度变化并不敏感,但对行星轮柔性支承刚度变化敏感性较强,均载系数有明显变化;轮齿啮合刚度变化对传动系统均载特性的影响具有独立性,同时减小内、外啮合刚度比单独降低啮合刚度的均载效果更为明显。

基于差分进化变分模态分解的直升机行星轮系故障监测

作为传动系统的核心减速部件,行星轮系故障监测对直升机的飞行安全至关重要,而行星轮系复杂且独特的齿轮传动结构使振动信号呈现非常复杂的信号形态,针对复杂信号背景下故障特征的提取难题,提出了基于差分进化变分模态分解(Differential Evolution Variational Mode Decomposition,DEVMD)的直升机行星轮系故障监测方法。方法集成重叠组收缩(Overlapping Group Shrinkage,OGS)算法作为前置滤波进行背景噪声抑制,结合DEVMD方法的高性能模态分解能力剥离出其他旋转部件的信号分量,获得行星轮系故障敏感信号分量,最后提取出峭度-包络谱熵作为故障指示因子进行直升机行星轮系故障监测,实验结果证明了方法的有效性。

风电齿轮箱行星轮系齿轮修形研究

前集成式传动链已经成为风电机组的主要技术路线,主轴系对第一级行星轮系耦合影响突出。以某中速永磁风电机组传动链为研究对象,建立了轮毂、主轴系和第一级行星轮系的一体化模型。轮毂中心施加载荷,进行仿真分析,研究了主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,并进一步开展了齿轮微观修形设计和试验研究。研究显示,本文轮齿的微观修形方案能显著改善第一级行星轮系偏载现象,降低主轴系变形对第一级行星轮系啮合的影响,为风电齿轮箱行星轮系的参数设计和轮齿微观修形提供了参考依据。

计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型5 MW级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。

基于行星轮系的玉米穴施肥自动对种系统设计与试验

玉米播种同步穴施肥是提高肥料利用率的有效手段,本文针对现有穴施肥装置用于精量播种作业时种肥相对位置无法实时检测和控制的难题,设计了一种玉米自动对种穴施肥装置。提出了基于行星轮系的自动对种方法,在确保种距和肥距相等的前提下实时调节排种盘和排肥盘相位差,实现播种作业过程中种肥相对位置的实时调控。通过分析机具前进速度、排种器排肥器间距、株距等对落种落肥位置的影响,得到种肥相对位置计算方法,设计了穴施肥自动对种控制算法。搭建了基于STM32F103的控制系统,并完成硬件系统和软件系统的设计,可完成落种落肥等信息的检测和种肥相对位置的实时调控。验证试验结果表明,当前进速度分别为3、4、5、6 km/h时,种肥纵向平均间距分别为8.6、6.1、11.7、8.5 mm,满足对种穴施肥需求。

3Z-Ⅰ型行星轮系传动效率研究

依据摩擦功理论,在考虑时变摩擦因数情况下,分别推导渐开线齿轮和微线段齿轮传动效率的计算公式,将其应用于3Z-Ⅰ型渐开线和微线段齿轮行星减速器中,对比渐开线齿轮和微线段齿轮的传动效率,并对不同转速、不同负载条件下两种行星轮系的传动效率进行实验验证.结果表明:在相同工况下,微线段齿轮的传动效率高于渐开线齿轮的传动效率,从而验证了微线段齿轮较于渐开线齿轮在传动效率方面的优势.

考虑齿圈柔性的风电行星轮系动态啮合特性研究

针对集中参数法难以考虑齿圈柔性而有限元法计算量大的问题,以风电行星轮系为研究对象在集中参数/有限元混合法基础上提出一种揭示内啮合齿轮副延长啮合现象的分析方法。首先采用集中参数法建立风电行星轮系的动力学模型,并求解获得动态啮合力;随后,运用有限元法建立行星轮系内啮合齿轮副的有限元模型,并开展静态接触分析从而获得内啮合齿轮副各啮合位置发生多齿啮合时的变形阈值;最后,将集中参数模型获得的动态啮合力施加在内齿圈有限元模型上计算出内齿圈的动态响应,并结合发生多齿啮合时的变形阈值,从而揭示在不同负载和支撑数量下内齿圈上多齿啮合的分布区域,获得接触应力和齿根应力,分析啮合齿对数量改变前后对应力的影响。结果表明:考虑齿轮柔性后,内啮合齿轮副会出现除理论啮合齿对外其他齿对相接触的现象;随着负载扭矩的增大,内齿圈上三齿啮合首先发生在支撑两侧,随后三齿啮合发生区域不断增加;当行星轮与内齿圈间的啮合由理论两齿啮合变为三齿啮合时,其齿面接触应力和齿根应力小于其在相同时刻只计入两齿啮合时的应力值。

行星轮系早期故障诊断的研究与进展

行星轮系是重要的旋转机械部件,对其早期故障进行诊断是避免重大事故发生的重要手段。行星轮系早期故障诊断已经成为学者研究的焦点。分析了行星轮系早期故障信号的特点,梳理了行星轮系早期故障机理、信号获取方法、故障特征提取与识别的研究现状;归纳总结了早期故障诊断研究存在的主要问题,提出了开展基于动力学模型的早期复合故障机理研究、基于多传感器的早期故障信号获取方法研究、基于多域分析的早期故障特征指标研究、基于数值模型驱动的早期故障诊断研究等方面的建议;为进一步开展行星轮系早期故障诊断的研究提供依据。

风电机组行星轮系柔性齿圈疲劳寿命研究

为探究风电机组行星轮系柔性内齿圈在动态啮合力作用下的疲劳损伤规律,建立考虑内齿圈结构柔性的行星轮系动力学模型,运用瞬态动力学进行仿真计算得到内齿圈结构应力时域历程,并通过试验验证该动态应力仿真结果的正确性。运用雨流循环计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,随后结合Miner线性损伤理论计算内齿圈结构的弯曲疲劳寿命,分析内齿圈结构变形引起应力变化对疲劳寿命的影响,探讨不同轮缘厚度、支撑数量及不同负载下内齿圈结构疲劳寿命的变化规律。结果表明:内齿圈疲劳寿命受到齿圈结构变形和轮齿变形的共同作用,轮缘越薄内齿圈结构变形越剧烈,各轮齿间寿命差距越大,两支撑间各轮齿疲劳寿命波动趋势越复杂;当齿圈柔性较大时,其最大应力由齿圈结构变形引起且疲劳破坏点由齿根向齿槽偏移,齿圈柔性较小时其疲劳寿命主要取决于轮齿变形。

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。

一种3K-H行星轮系自锁与效率最大化设计

行星轮系主要用于动力传递,研究其自锁及效率具有重大意义。针对一种3K-H型行星轮系进行了自锁分析与效率最大化设计。首先,运用传动比法对该轮系正反机构效率进行了计算;然后,对该行星轮系效率总结出了一个统一公式,并且通过Matlab软件绘制了效率曲线;接着,分析了该行星轮系效率变化的趋势以及能够实现自锁的条件;最后,研究了在保证自锁条件下如何实现其相反机构效率最大化的设计。

基于MPS法的行星轮系飞溅润滑特性研究

为了分析盾构机主驱动减速器行星齿轮传动润滑特性,采用移动粒子半隐式(Moving Particle Semi-implicit,MPS)法建立了单级行星轮系飞溅润滑仿真模型。通过对比分析不同工况下行星轮系运动过程中的系统内部润滑油液粒子分布、速度场、压力场、轮齿啮合区域油液粒子数量及各旋转部件所产生的搅油阻力矩,研究了输入转速、初始油位高度以及油温对系统润滑效果与搅油损耗功率的影响。结果发现,油液粒子速度与压力随减速器的输入转速和油位高度的增加而增大,转速和油位过低将导致减速器内油液粒子分布不均匀;行星轮与太阳轮、内齿圈啮合区粒子数随输入转速和油温增加而减少,随油位高度降低而减少,其中,太阳轮啮合区为润滑不良风险区;系统搅油损耗功率受输入转速的影响最为显著,随转速的增加呈指数上升趋势,油位高度与油温的影响相对较小;在各工况下,3个行星轮产生的搅油损耗功率在总的搅油损耗功率中占比最大。

基于ADAMS的行星轮系变速气动锚杆钻机设计与仿真

巷道作为煤炭开采的重要组成部分,是煤矿安全开采的前提。而锚杆钻机的质量与稳定性将对巷道支护的施工效率、稳定性,支护质量等方面造成重要影响。目前市场上已有的气动锚杆钻机存在效率低下、重量较大、需要多人同时进行操作,对施工人员带来技术要求及体能问题。因此,设计了一种可变速气动锚杆钻机,其具有效率高、操作简便、适用范围广及价格低廉等优势。

基于Matlab遗传算法的掘进机行星轮系减速器优化设计

行星轮系减速器是掘进机的核心设备,其体积较大,因此采用Matlab软件中遗传算法对行星轮系减速器建立数学模型并进行优化设计,以减小掘进机行星齿轮减速器的体积。结果表明,在保证强度的前提下,能够较大幅度减小减速器的体积,缩短设计时间。

考虑磨损的3z⁃Ⅱ型行星轮系传动误差特性研究

传动误差作为行星齿轮传动重要的性能参数之一,反映了工作时的精度问题,而长时间工作造成的齿面磨损会影响传动精度。针对该问题,以3z⁃Ⅱ型行星传动为研究对象,考虑齿轮固有误差以及各零件的安装误差建立整个传动系统的传动误差模型,并利用概率分析及蒙特卡罗方法进行模拟计算,得到接近实际的理论传动误差模型。基于Archard磨损模型,结合赫兹接触模型,建立齿轮的磨损模型。得到各个齿轮的齿面磨损深度,将各个齿轮的磨损深度等效为齿廓误差,建立基于齿面磨损的传动误差模型。对两个模型的仿真结果对比分析,考虑磨损时,整个传动系统的传动误差有所增加,传动误差集中在-0.42′~3.75′,平均值为1.71′;相比无磨损时,正向传动误差增大,负值降低。