齒輪故障狀態(tài)下MW級風電機組傳動系統(tǒng)動態(tài)特性及關(guān)鍵部件有限元分析.pdf

1、日益嚴重的環(huán)境污染與不可再生能源的不斷匱乏，使得風能以嶄新的角色登上可利用新能源的榜單。同時，由于其資源儲量大、安全可靠以及清潔可再生等諸多優(yōu)點，使其成為新增電力供給的中堅力量。但因其所處工作環(huán)境的特殊性，一旦發(fā)生故障維修困難且花費巨大，因而對其各個部件的使用壽命及可靠性提出了很高的要求。齒輪傳動系統(tǒng)作為風電機組的關(guān)鍵部件，其工作性能的優(yōu)劣直接影響整機運行的安全可靠性。因此，對其做動態(tài)特性研究就顯得十分必要。
　　本文以1.5MW

2、風電機組齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，通過建立隨機風速模型、傳動系統(tǒng)動力學方程組以及多種齒輪故障狀態(tài)下的數(shù)學模型，對整個傳動系統(tǒng)在不同齒輪故障狀態(tài)下的動力學特性來分析研究，并找出其影響特征和規(guī)律，為風電機組故障發(fā)現(xiàn)與預警提供一定的理論依據(jù)。最后對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件行星輪系進行了有限元分析。具體研究內(nèi)容和研究結(jié)論包括：
　　(1)基于風資源的特性，利用諧波疊加法建立了隨機風速模型。并以該隨機風速為基礎(chǔ)，獲得了風輪的轉(zhuǎn)矩時程圖，為風電機組齒輪

3、傳動系統(tǒng)的動力學分析提供了外部激勵這一條件。
　　(2)利用集中質(zhì)量法，在考慮了齒輪時變嚙合剛度、軸承支承剛度等因素的影響，建立起風電機組齒輪傳動系統(tǒng)的動力學微分方程。此模型充分考慮了各部件的受力情況，更準確地描述了系統(tǒng)的實際工況，為后面系統(tǒng)在齒輪故障狀態(tài)下的動態(tài)響應分析提供了基礎(chǔ)。
　　(3)根據(jù)不同齒輪故障的特點，建立了風電機組傳動系統(tǒng)齒輪在不同故障下的時變嚙合剛度模型；并得到齒輪傳動系統(tǒng)在不同齒輪故障下的動力學特性響應

4、，研究分析了其對齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明：不同形式的齒輪故障會對系統(tǒng)動態(tài)響應幅值產(chǎn)生不同程度的波動，齒根裂紋故障所產(chǎn)生的幅值波動較為明顯，且其嚙合力幅值波動呈現(xiàn)出不對稱現(xiàn)象。
　　(4)對齒輪傳動系統(tǒng)關(guān)鍵部件行星輪系進行了有限元分析。首先，對其進行了模態(tài)分析，并得到固有頻率和振型，為避免產(chǎn)生有害振動提供了參考；其次，仿真分析了其在隨機風載下的瞬態(tài)動力學，得出其最大的應力、應變云圖及相應的時程圖。結(jié)果表明，行星輪系應力與