1.5MW风力发电机组增速齿轮箱齿轮修形设计与动态性能分析

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:njacky_nan
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增速齿轮箱作为风力发电机组整体设备中间重要环节和关键部件,对发电机组的正常运行和工作效率起到极其重要的作用。增速齿轮箱齿轮修形是高精度齿轮设计的重要技术,也是减小发电机组振动和噪音的重要办法,采取修形之后的增速齿轮可高效工作的同时更具有稳定性,并延长使用寿命。本论文针对齿轮啮合时载荷不均布,出现应力集中后影响齿轮寿命等问题,对齿轮进行齿廓修形和齿向修形,计算了修缘量和鼓形量,建立了2级行星轮系+1级斜齿轮系修形前后三维模型,进行了弯曲强度和接触应力计算等静力学分析和齿轮啮合时动力学特性分析,分析了不同工况下的修形后的振动响应特性及规律。论文的主要研究内容与工作总结如下:(1)对1.5MW风力发电机组增速齿轮箱3个传动组齿轮进行修形设计。基于齿廓修形理论与齿向修形理论,分析了渐开线齿轮啮入和啮出时的动力学特性,建立了数学模型,计算了1.5MW风力发电机组增速齿轮箱各传动组齿轮修缘高度h0和鼓形量Cc。(2)对1.5MW风力发电机组增速齿轮箱各齿轮进行静力学分析。利用Solidworks软件根据基本参数建立了增速齿轮箱斜齿轮传动组高速级、中速级、低速级未修形前三维模型,并在日常环境和工况条件下添加夹具、载荷、材料进行静力学分析,结合网格信息图、应力图和位移图,揭示了高速级大小齿轮由于啮合力在小齿轮键槽和大齿轮轴孔位置容易出现最大静态应力,在大小齿轮齿顶中间和靠近两侧位置容易出现最大静态位移;中速级和低速级行星齿轮传动组中太阳轮静态应力和静态位移值均最大。在高速级齿轮轮齿表面容易出现最大静态应力,产生最大静态位移和载荷分布不均,由于啮合稳定性会产生冲击甚至干涉情况,齿轮的齿根、齿顶和端面边缘都出现了应力集中现象,会影响齿轮寿命。(3)利用ANSYS Workbench进行刚体动力学分析。将摩擦学与动力学结合,建立了1.5MW风力发电机组增速齿轮箱高速级斜齿轮传动组修形前、后动力学模型,导入ANSYS Workbench进行动力学分析,通过分析应力图和位移图得出了通过齿廓修形中修缘修整和齿向修形中的鼓形修整均可有效降低应力集中,实现载荷分布均匀。建立齿轮箱简化模型,研讨了不同工况下的振动响应特征,分析了修形后的振动响应特性及规律。
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