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由于大型水平轴风力发电机组常年运行在比较恶劣的自然环境中,通常要求风机要有20年的使用寿命。但是,风力发电机在工作过程中受载情况相当复杂,机组的各个部分随时都可能出现故障。传动系统作为风力发电机的重要组成部分,在整个风力发电系统中起着举足轻重的作用。然而在大型风机国产化进程中,其设计制造技术问题已成为了制约风电设备行业发展的瓶颈。因此,在风力发电机组的设计研究过程中,要对各系统及其零部件进行静态和动态的载荷分析、强度分析、结构力学特性分析、稳定性与可靠性分析等,以确保风机在其设计寿命内能够正常运行。
论文课题在陕西省自然基金和陕西省教育厅项目的资助下,通过与山东长星集团的合作,以长星集团制造的2MW风力发电机组的传动系统为研究对象,对其动力学特性进行了深入的分析与研究,为风机齿轮系统国产化设计制造提供了技术依据和理论基础。同时,还为以后对齿轮系统进行可靠性分析,寿命预测等更深层次的研究奠定了基础。具体的研究工作有:
首先,运用Pro/E三维建模软件建立2MW风力发电机组齿轮系统的三维实体模型,从而可以清楚地展示其内部结构和相互间的运动关系。
其次,从理论上验证齿轮系统各啮合副轮齿的静强度,计算轮齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,从而校核该齿轮系统的轮齿强度的安全性。
然后,在齿轮系统动力学的基础上,依据达朗贝尔原理建立该风机齿轮系统的动力学模型。然后,使用Mat1ab软件计算该齿轮系统的固有频率和振型。根据计算结果分析该齿轮系统工作时的振动情况。
最后,依据有限元理论,利用有限元软件分析高速级齿轮箱的固有特性,从而验证其工作的可靠性与安全性。