啮合刚度对MW级风电行星齿轮传动系统固有特性的影响

针对MW级风力发电机行星齿轮系统,分析了固有频率的参数敏感度,主要研究了啮合刚度的变化对固有频率的影响规律。以MW级风电行星齿轮传动系统振动模态特性为例,简化了固有频率的参数敏感度公式,得到了啮合刚度对固有频率的影响规律,研究结果为可靠性灵敏度设计提供了重要参考。

基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计

齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.

基于MATLAB的两级NW型风电齿轮箱传动系统参数多目标优化

针对由两级NW型行星轮系串联构成的一种新型兆瓦级风电齿轮箱传动系统,建立体积最小和效率最高的多目标优化数学模型。设定两级行星轮数量,并形成5种方案。借助MATLAB工具成功求解并对比5种方案结果,得出结论:当两级行星轮数量为3时,该方案达到最优状态,符合常见的行星轮数量要求。

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明:风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。

考虑失效相关的风电齿轮传动系统动态可靠性研究

针对风电机组齿轮箱在服役期间的可靠性问题,以2 MW风力机齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度与综合误差等内部激励,建立传动系统齿轮-轴-轴承动力学模型,获得恒定载荷下各齿轮副的动态啮合力。引用基于风场风速变化规律的威布尔随机风速作为系统外部激励,结合外部变动载荷与定载啮合力获得变载下各齿轮应力-时间历程。根据零部件主要失效模式,在传统应力-强度干涉模型基础上采用Gamma随机过程,结合齿轮材料的P-S-N(存活率-应力-寿命)曲线对零部件强度退化过程进行模拟。同时考虑到零件失效的相关性,建立系统主要失效模式的功能函数,构建混合Copula模型对零件层面与系统层面的失效相关性进行描述,经过多层嵌套获得齿轮箱系统的动态可靠度。结果表明:在风电机组服役前期时应主要考虑齿轮齿面接触疲劳失效,齿根弯曲疲劳失效主要发生在风力机服役中后期;根据系统可靠性曲线,考虑失效相关结果更符合实际工况。

考虑齿廓修形的行星齿轮传动系统动力学特性研究

基于对行星齿轮传动系统高传动效率和低噪音等要求,以行星齿轮传动系统为研究对象,采用集中参数法建立了考虑偏心误差和安装误差的斜齿行星齿轮传动系统的弯⁃扭⁃轴耦合动力学模型,利用四阶Runge⁃Kutta法求解动力学方程得到行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数等动态特性,并以此为评价指标展开行星齿轮的修形研究。建立了齿廓修形后的齿面方程和考虑齿面修形的动力学方程,研究不同修形量的行星齿轮传动系统动态特性变化。研究结果表明,随着修形量的增大,行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数都有不同程度的降低,降到最低值后又开始增大,最终确定齿轮的合理修形量。经过整机性能测试发现合理修形下的行星减速器振动噪声降低、传动性能提升,为行星齿轮传动系统的减振降噪、传动效率提升设计提供了理论支撑。

航空行星齿轮减速器在传动系统中的设计研究

航空行星齿轮减速器作为一种重要的机械元件,广泛应用于航空航天领域。轻量化、高可靠性和高效率的特点,使其成为航空发动机的理想选择。然而,由于其特殊性质和复杂结构,其设计和制造也面临着诸多挑战。因此,将从航空行星齿轮减速器的基本理论出发,通过对其在传动系统中的设计进行研究,并提出一些齿轮强度校核方法,以期为该领域的发展提供一定的参考价值。

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。

风电机行星齿轮传动系统动态特性（英文）

采用集中质量方法建立了1.5 MW风电机行星齿轮传动模型,在外载荷作用下采用线性弹簧来模拟轮齿间啮合,推导了行星齿轮各轮副间运动微分方程及动载系数的计算方法。在此基础上,分析了各种不同风况外载荷对系统的影响。结果表明:对于稳态风载荷,在其由小变大的过程中,啮合频率也会增大且能量最大;系统主要影响因子由刚度激励变为载荷激励,动载荷成分也变得比较丰富,出现低频带及边带频。极限阵风强度改变时,载荷瞬时变化,引起动载荷及动载系数激增;极限阵风方向改变时,x、y方向啮合力存在相位角,三个行星轮的外啮合之间有相位差,系统动载荷比阵风载荷增长1倍,轮齿间承载负荷变大。

考虑啮合误差的复式行星传动系统均载特性研究

为研究复式行星传动系统的均载特性及影响均载特性的因素,通过势能法建立齿轮刚度求解模型,求解了传动系统的时变啮合刚度;计入阻尼、时变啮合刚度、啮合误差等因素影响,采用集中质量法建立了系统的平移-扭转耦合动力学模型,利用Newmark-β积分法求解了系统的动态响应,以均载系数量化均载性能,分析了转速、负载及单构件和多构件偏心误差对系统均载性能的影响。分析结果表明,提高转速会降低系统的均载性能,增加负载会提高系统的均载性能;偏心误差的增大会使系统的均载性能降低,当偏心误差同时作用在内啮合的构件上时会使均载系数下降3.1%;当同类行星轮的偏心误差以旋转中心作用时,会有效降低偏心误差对系统均载性能的影响。

基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性

为揭示多间隙作用下Ravigneaux型复合行星齿轮传动系统的非线性动力学行为,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的系统纯扭转强非线性动力学模型。将齿侧间隙非线性函数表达为描述函数的形式,运用谐波平衡法(Harmonic balance method,HBM)将方程组转化为非线性代数方程组,使用逆Broyden秩1法进行迭代求解,得到系统的基频稳态响应。通过改变时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的大小,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。研究发现,由于齿侧间隙的影响,系统动态特性曲线出现幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统出现复杂的冲击现象;齿侧间隙、啮合刚度波动与误差波动的耦合使系统的非线性程度得以强化。基于描述函数的HBM法可用于求解更加复杂模型的基频稳态响应,为深入研究复合行星齿轮系统的动态特性提供了一种方法。

封闭行星齿轮传动系统的扭振特性研究

本文建立了封闭行星齿轮传动系统的扭振计算模型 ,模型中考虑了行星轮和星轮的啮合相位 ,行星架的弹性变形和负载惯性。用数值解法获得了在受周期性变化的齿轮啮合刚度和齿频综合误差激励下的齿轮啮合动载荷和在不同的输入转速下的动载荷系数。分析了在星形轮系和行星轮系动力耦合情况下齿轮系统的动态特性 。

复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真研究

根据Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统的典型结构,分析了系统的传动比与啮合频率。为获得Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统轮齿接触力的变化规律,运用三维CAD软件SolidWorks建立了系统的三维实体模型,以ADAMS软件为平台建立了系统的虚拟样机模型。给出基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动时轮齿接触力的计算方法,验证了系统传动比,对小太阳轮与短行星轮啮合的综合接触力、x方向接触力和y方向接触力的变化规律及其频谱特性进行仿真研究。仿真结果表明,接触力的幅值波动显著,具有明显的周期性。x方向接触力和y方向接触力具有相同的频谱特征,相位相差约90°。频谱中出现小太阳轮的旋转频率和系统啮合频率的1至7倍频率成分,存在明显的调制特性。通过对Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真的研究,为改善系统动力学特性以及实现系统的动态设计提供了指导依据。

基于增量谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动力学

建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。运用增量谐波平衡法对系统运动微分方程组进行求解,得到系统的基频稳态响应。研究了时变啮合刚度、外部激励、齿侧间隙等参数的变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明,间隙的存在使得复合行星齿轮系统的频响曲线出现了幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统参数的共同作用使得复合行星齿轮系统出现了丰富的非线性动力学行为。利用该方法可以获得系统任意精度的近似解,为控制系统的振动与噪声,实现复合行星齿轮传动系统动态设计奠定基础。

行星齿轮传动系统的瞬态热分析

行星齿轮传动系统在失去润滑后 ,将转化为一个具有热时变特征的系统 ,则可利用瞬态热分析法来求解该系统任意时刻的温度场分布。在求解过程中 ,基于的基本原理是节点的净热流量等于节点相关体积内能的增加 ;并运用数值方法 ,将时间 τ按一定步长离散成一时间序列 ,从而求得每个时刻的温度场 。

行星齿轮传动系统复杂微弱故障的非线性特性

针对行星齿轮传动系统振动信号的非线性、非平稳性和故障特征微弱等特点,基于混沌理论对行星齿轮传动系统的正常、单一和多类耦合故障特性进行了综合分析与研究。用小波包算法对所采集的振动信号进行预处理;恰当选取最佳时延和最小嵌入维数重构相空间。在此基础上,用相图定性描述不同故障状态的故障类型;用关联维数和最大Lyapunov指数量化其各故障状态的特性和程度。研究结果表明:5种不同状态下的相图有一定的差异性;且故障越严重、故障耦合的越多,其关联维数和最大Lyapunov指数越大,混沌特性越强。因此,利用混沌的定性和定量方法可以有效识别行星齿轮传动系统的单一故障以及故障特征频率不重叠和故障特征频率重叠的两类耦合故障。

风电增速箱行星传动系统动力学方程及均载特性

提出一种风电增速箱用新型载荷分流式两级行星齿轮传动机构,以便提高传动系统的承载能力。以新型风电增速箱载荷分流型两级行星轮系与一级平行轴齿轮构成的多级传动系统为研究对象,计入多级耦合传动系统的轮齿啮合误差、啮合阻尼、啮合刚度,级间扭耦合刚度,组件的转动惯量等影响因素,采用集中参数法建立多级耦合传动系统的动力学模型。利用相关参数对系统的均载特性进行研究,获得行星齿轮传动的均载系数曲线。分析表明:各级内外啮合的均载系数均随时间变化且存在相位差;第一级内外啮合的均载系数分别比第二级内外啮合的均载系数分配均匀;第一级均载系数较小且内外啮合的均载系数的差别较小。

基于振动相关信息融合的行星齿轮传动系统故障诊断

针对不同测点的信息对故障敏感度不同、各测点的振动传递使故障与测点具有关联性等特点,提出基于振动相关信息融合的故障诊断模型。分别获取正常和5种故障状态在3个测点下振动信号的小波包能量特征向量;计算同一测点不同状态信号的能量特征相关系数及不同测点相同状态信号的能量特征相关系数。通过分析这两类信息所呈现的特性建立故障诊断模型。用14组待检信号进行故障诊断模型的实例分析,其诊断结果与实际故障状态完全一致。用支持向量机方法对5种故障状态进行分类,得到的结果与实际故障状态一致,验证了所建立的故障诊断模型的正确性。分析结果表明,通过振动相关信息融合建立的故障诊断模型能有效反映出不同故障状态的特性,能准确诊断出复杂行星齿轮传动系统的微弱及耦合故障。

GTF发动机行星齿轮传动系统设计技术研究

行星齿轮传动系统作为齿轮驱动风扇(Geared Turbofan,GTF)发动机的关键部件,其传动功率大、空间结构紧凑、工作条件恶劣。为突破该部件设计关键技术,并为国内GTF发动机结构设计积累经验,在GTF发动机齿轮传动系统概念设计的基础上,开展了其初步设计,对齿轮进行疲劳强度分析;采用齿轮宏观参数优化和微观修形设计方法,提高齿轮承载能力,减小传递误差,改善齿轮接触区应力分布,提高齿轮传动系统的运动平稳性。

基于键合图的风电齿轮传动系统稳健优化设计

根据风电齿轮传动系统可靠性受系统动态性能及不确定性因素影响较大的特点,采用键合图方法来分析该系统的动力学特性,为快速准确求得可靠性评估中使用系数和名义转矩提供了一种新方法;采用非概率稳健优化设计方法使该系统可靠性约束达到稳健可行的目的。通过实例对比,结果表明,该设计方法提高了风电齿轮传动系统可靠度的稳健可行性。