【摘 要】
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随着不可再生能源的不断消耗以及环境污染问题日益严重,新能源的开发和应用受到了广泛的关注。现如今,风力发电技术是最有潜力的新能源应用技术之一,该技术利用风力发电机组将风能转换为电能并输送到电网,风能带动风电机组的叶轮旋转,经过风电齿轮箱增速后带动发电机发电。风电齿轮箱是风力发电机组的重要部件,随着风力发电机组向大型化方向发展,风电齿轮箱质量大且工作在高空之中,常年经受随机风载、阵风冲击等恶劣条件的影
【基金项目】
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国家重点研发计划“大型风电齿轮传动系统关键技术及工业试验平台”的课题一“大型风电齿轮传动系统机电集成设计”（课题编号:2018YFB2001601）；
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随着不可再生能源的不断消耗以及环境污染问题日益严重,新能源的开发和应用受到了广泛的关注。现如今,风力发电技术是最有潜力的新能源应用技术之一,该技术利用风力发电机组将风能转换为电能并输送到电网,风能带动风电机组的叶轮旋转,经过风电齿轮箱增速后带动发电机发电。风电齿轮箱是风力发电机组的重要部件,随着风力发电机组向大型化方向发展,风电齿轮箱质量大且工作在高空之中,常年经受随机风载、阵风冲击等恶劣条件的影响,使得齿轮箱易发生故障,而且风电齿轮箱故障引起的风电机组停机时间长,维修麻烦,严重影响风电机组的生产效率和经济效益。本文依托国家重点研发计划“大型风电齿轮传动系统关键技术及工业试验平台”的课题一“大型风电齿轮传动系统机电集成设计”（课题编号:2018YFB2001601）,针对风电齿轮箱具有多级齿轮传动、柔性箱体的结构特点,以及承受随机载荷和阵风冲击的工况特点,以动力学建模和分析为手段,采用集中参数/有限元混合建模方法建立了8兆瓦风电齿轮箱的平移-扭转动力学模型,对8兆瓦风电齿轮箱进行了系统动力学分析。本文的主要研究内容如下:（1）将风电齿轮箱的动力学模型归纳为齿轮-轴-轴承-箱体系统全耦合动力学模型。考虑时变啮合刚度等非线性因素的影响,采用集中参数法建立两级行星一级平行定轴的三级齿轮传动系统平移-扭转动力学模型。采用有限元法建立轴和箱体的动力学模型,并用模态缩聚法对有箱体限元模型进行缩聚。并按照实际装配关系将上述模型耦合为齿轮-轴-轴承-箱体系统全耦合动力学模型。（2）计算分析了8兆瓦风电齿轮箱的固有频率与振型矢量,依据风电齿轮箱各阶振型矢量将其振动模式进行了归类。并分析了齿轮啮合刚度和构件质量对系统固有特性的影响。（3）分析了风电齿轮箱的模态能量分布,结合坎贝尔图对风电齿轮箱潜在共振点进行了甄别。结合模态能量分布与升速扫频分析,验证了甄别出的潜在共振点是否为真实共振点以及共振发生时构件的振动与模态能量分布结果的一致性。（4）分析了齿轮箱分别在额定工况、随机风载工况和阵风冲击工况下的负载,并将其作为外部激励,以时变啮合刚度作为系统的内部激励,研究了8兆瓦风电齿轮箱在不同工况内外部激励下的动力学响应。
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