1.5MW风电增速箱高速级齿轮动态特性研究

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人口的日益增长以及对自然资源的需求促进了风电产业的迅猛发展,并且随着风力发电机组功率的不断提高,对风机中齿轮箱的可靠性和稳定性都提出了更高的要求;同时为了发展自主知识产权,提高国产齿轮箱的性能,减小振动降低噪音,这就需要对影响齿轮副动态特性的因素进行深入的研究探讨,进一步完善理论为下一步实践服务。本文以1.5MW风电增速箱高速级齿轮副为研究对象,对影响此斜齿轮副动态特性的若干因素、修形以及摩擦进行了探讨。   首先,本文建立了斜齿轮副多自由度耦合振动模型,对系统的固有频率进行分析,通过数值法对多自由度系统的振动状况进行求解,得到了斜齿轮副系统主动轮和从动轮的径向、轴向和扭转自由振动状况。结果表明,齿轮扭转振动为齿轮副振动的主要方面,是其它振动的根源,也是主要的研究对象。   其次,根据斜齿轮与直齿轮的结构差异,借助“石川法”求直齿轮时变刚度的算法,推导出斜齿轮时变刚度的一种简化算法。建立含有非线性因素的斜齿轮副“弯—扭—轴”振动模型,分析时变刚度、间隙非线性激励因素对振动的影响,并对齿轮副的冲击状态进行研究。对轻载和重载的状况下的动态特性进行了对比。结果表明,时变刚度、间隙、阻尼等非线性因素对齿轮振动的影响不可忽略,对这些非线性因素的研究将改善齿轮副运转的动态特性。   再次,为改善本文研究齿轮副的动态特性,对齿廓修形和齿向修形分别进行了理论分析,对模型采用了鼓型修形和齿顶修缘,通过理论计算确定了最佳修形曲线、修形量等参数,并利用有限元软件对齿廓修形理论加以验证。结果表明:理论分析和有限元分析同时证明合理的修形可以降低齿轮的振动,从而减小噪声,获得更高的效率。   最后,在考虑摩擦力的状况下对轮齿间的滑动状态和受力状态进行了理论分析,得出了摩擦力对齿轮副接触状况的影响,并借助有限元软件在齿面间设计不同的摩擦系数,考虑摩擦力对接触应力和应变的影响。结果表明,随着摩擦系数的增大,齿面接触应力和接触摩擦都会随之增大,对系统产生不利影响;同时指出传统的赫兹理论求解接触应力忽略了摩擦力的影响,所获得的接触应力小于实际值,因此在校核时应采用较大的安全系数,或在传统的公式中添加摩擦因素。
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