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大连理工大学学报 2015年第3期55卷 271-280页

作者：孙伟李想魏静胡兴龙张爱强大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

荷载分配不均是影响大功率风电增速器行星传动系统承载能力及稳定性的重要因素,因此改善均载性能是行星传动系统设计的重要研究内容.针对某NW型大功率风电增速器,采用随机风速下的输入转矩来模拟外部激励以使其更加贴近风电增速器的实... 详细信息

荷载分配不均是影响大功率风电增速器行星传动系统承载能力及稳定性的重要因素,因此改善均载性能是行星传动系统设计的重要研究内容.针对某NW型大功率风电增速器,采用随机风速下的输入转矩来模拟外部激励以使其更加贴近风电增速器的实际工况,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了斜齿行星轮系动力学均载模型,从均载机构和行星传动结构角度研究了NW型行星轮系的均载特性;同时针对影响均载的系统参数进行灵敏度分析,给出系统参数对均载性能的动态灵敏度算法.研究结果可为通过有效参数优化选择改善均载性能提供参考依据.

关键词：风电增速器行星传动均载机构灵敏度

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大功率风电增速器的多目标优化设计

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重庆大学学报（自然科学版） 2015年第1期38卷 110-119,147页

作者：孙伟李想魏静胡兴龙张爱强大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动... 详细信息

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动力学模型,研究其传动系统的动力学特性。在此基础上,以传动系统体积最小和构件扭转振动加速度振动幅值最小为优化目标,以可靠性和强度等为约束条件进行多目标动态优化设计,优化结果表明:优化后的风电增速器齿轮传动系统不仅实现了轻量化,而且在保证系统可靠度的前提下动态性能也得到了有效改善,达到了减振降噪的目的。

关键词：风电增速器行星齿轮动力学模型优化设计

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风电增速器振动状态监测研究

风电增速器振动状态监测研究

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作者：柴俊卿大连理工大学

学位级别：硕士

风电增速器作为风电系统的重要组成部分，其振动状态直接影响风力机的运行性能。因而研究齿轮增速器的振动状态，优化测点布置并对其进行状态监测，保证增速器的稳定运行具有重要意义。本文以大连重工起重集团生产的兆瓦级风电增速器为... 详细信息

风电增速器作为风电系统的重要组成部分，其振动状态直接影响风力机的运行性能。因而研究齿轮增速器的振动状态，优化测点布置并对其进行状态监测，保证增速器的稳定运行具有重要意义。本文以大连重工起重集团生产的兆瓦级风电增速器为研究对象，为了对其进行合理的测点布置需要掌握其机械结构，对其进行运动学分析，掌握各个构件的运动学性能，通过对系统进行动力学分析以及现场振动试验来确定测点布置。本文首先阐述了课题研究的背景、意义以及齿轮系统动力学分析的国内外发展现状，同时对兆瓦级风电增速器的结构进行研究，画出了系统的机械结构简图，并对其进行了运动学分析，计算了各级齿轮系统的特征频率。介绍了齿轮传动系统的动力学分析方法的理论基础。以高速轴传动齿轮系统为研究对象，建立了齿轮接触有限元模型，并计算了任意时刻的综合啮合刚度，运用Matlab曲线拟合工具箱得到了轮齿综合啮合刚度曲线及其方程。在此基础上建立了齿轮传动系统的非线性动力学方程，采用Runge-kutta法对系统的微分方程进行了求解，分析了刚度激励对高速轴系统性能的影响。建立了高速轴的三维有限元模型，并用弹簧单元模拟其两端轴承，对其进行了有限元动力学分析，得到了高速轴两端轴承处的振动响应。为了研究高速轴齿轮系统综合啮合刚度对整个系统的影响，建立了增速器箱体的三维有限元模型，对增速器箱体进行了模态分析，揭示了箱体的固有振动特性。并在此基础上运用模态叠加法，对齿轮箱体在刚度激励下的振动响应进行了分析计算，揭示了增速齿轮箱系统的在刚度激励下的动态响应，并得到了某些关键部位的振动形式。最后，在上述理论分析的基础上，分析了各个关键部位处节点的振动响应，并在对应部位布置测点进行了现场振动检测实验，对比分析了实验所得数据与理论计算数据，优化了增速器状态监测测点的布置，为以后的增速器振动状态的在线监测奠定了基础。

关键词：风电增速器状态监测时变啮合刚度有限元动力响应

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风电增速器参数化设计研究及应用

风电增速器参数化设计研究及应用

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作者：王义大连理工大学

学位级别：硕士

当今世界经济的现代化在很大程度上受到能源的制约,而国际性的能源危机已经迫在眉睫。因此,清洁、高效、可再生的风能资源越来越受到重视。目前,与之相关的风电技术正处于快速发展的时期,而风电增速器作为风电机组的核心部件,受到了国... 详细信息

当今世界经济的现代化在很大程度上受到能源的制约,而国际性的能源危机已经迫在眉睫。因此,清洁、高效、可再生的风能资源越来越受到重视。目前,与之相关的风电技术正处于快速发展的时期,而风电增速器作为风电机组的核心部件,受到了国内外风电相关企业和研究机构的格外关注。特别是随着风电齿轮箱的标准化以及系列化产品设计,建立其参数化设计系统,并在设计阶段对传动系统进行动力学分析以及参数优化设计,综合考虑结构简单、运行可靠等因素,实现对风电增速器快速设计,成为了研究的新趋势。本研究以NGW和NW两种行星结构的风电增速器为研究对象,构建了风电增速器参数化设计系统。主要研究工作如下： (1)对建立风电增速器参数化设计系统的关键技术进行了深入的研究,包括齿轮、花键参数等关键参数的处理方法、齿轮传动系统动力学基本模型及优化设计方法、基于SolidWorks的二次开发技术、API接口对象函数以及XML数据管理技术。 (2)采用集中参数法建立了两种常用结构(NGW和NW行星结构)的风电齿轮传动系统的动力学模型,考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、支撑轴承刚度及阻尼等因素,导出了系统的振动微分方程；以齿数、模数、螺旋角、齿宽等齿轮的基本参数为设计变量,以传动系统的体积最小为目标,以可靠性和强度为约束条件建立传动系统的优化设计方案。 (3)研究了基于模板、利用SolidWorks API接口对象函数、通过尺寸驱动和程序驱动法建立标准件及非标准件的三维模型参数化设计技术；研究了基于模板的工程图视图比例调整、视图调整、尺寸调整等技术,对实现工程图的自动更新、设计出符合企业要求的工程图有重要的作用。本研究主要使用的是C#编程语言,辅以Python编程语言,并将XML作为数据存储,建立了界面友好的兆瓦级风电增速器参数化设计系统,对减少设计人员工作量、提高设计效率、保证设计质量具有重要的意义。

关键词：风电增速器动力学分析优化设计二次开发参数化设计

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齿轮修形对大功率风电增速器传动误差的影响研究

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机械设计与制造 2014年第12期 137-140,144页

作者：范为民胡兴龙孙伟太原重工股份有限公司山西太原030024 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

以某大功率风电增速器为研究对象,介绍了齿轮微观修形的基本理论。应用Romax软件建立风电增速器整机模型,分析了轮齿修形前后齿面的应力分布情况,给出了使动态传动误差波动较小的齿向修形和齿廓修形的范围。对比分析了齿面微观修形方式... 详细信息

以某大功率风电增速器为研究对象,介绍了齿轮微观修形的基本理论。应用Romax软件建立风电增速器整机模型,分析了轮齿修形前后齿面的应力分布情况,给出了使动态传动误差波动较小的齿向修形和齿廓修形的范围。对比分析了齿面微观修形方式对传动误差的影响,研究了轮齿修形对传动误差影响的基本规律。在此基础上,给出了相同修形参数不同载荷工况下传递误差的变化趋势。结果表明,合理的轮齿修形量能够有效改善由于制造误差和轴变形造成的齿面偏载现象,同时降低了传动误差的波动,为风电增速器轮齿修形提供了参考。

关键词：风电增速器修形传动误差

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齿轮连杆机构在风电增速器中应用的理论研究

齿轮连杆机构在风电增速器中应用的理论研究

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作者：陈海文西南科技大学

学位级别：硕士

目前,风电增速传动装置多由定轴轮系和多级行星轮系组合而成,该种装置结构复杂,其传动链较长,由于啮合的齿轮对数较多,导致机械效率偏低;在高速、重载的场合下,其发热大,故障率很高。目前国内风电机组中众多部件的设计和关键技术仍然依... 详细信息

目前,风电增速传动装置多由定轴轮系和多级行星轮系组合而成,该种装置结构复杂,其传动链较长,由于啮合的齿轮对数较多,导致机械效率偏低;在高速、重载的场合下,其发热大,故障率很高。目前国内风电机组中众多部件的设计和关键技术仍然依赖于国外,国产化程度低,故亟需自主开发研究新的风力发电增速装置系统,用以解决制约风电发展中的技术问题。课题拟在对齿轮连杆机构的构型、运动性能、动力性能特别是机械效率理论研究的基础上,期望寻找到特别适用于风电增速装置的一类齿轮连杆机构,研究齿轮连杆机构用作风机增速机构的可能性,并构建其在风电增速器中应用的完善理论体系,为齿轮连杆机构的应用探索一条新途径。论文的研究内容及主要结论如下:其一,分析了齿轮连杆机构的传动比等运动特性,发现内啮合型式下的两种机构——内、外平动齿轮机构的传动比更大、结构更紧凑且运转平稳性能更优,故选择其为增速机构的初选型;同时,为消除初选机构运动不确定性的影响,提出了采用三环或多环结构型式的改善方法;其二,采用啮合功率法,对初选机构的啮合效率进行了分析和比较,结果表明,外平动齿轮机构的啮合效率更高,故选定其为增速机构的终选型;并得出了新型风电增速装置的整机效率达94.12%的结论;其三,建立了增速机构的力学理论模型,其中,对齿环板和三轴(输入轴、输出轴和支撑轴)的受力情况进行了详细分析;同时,分析了该机构的平衡性能,得出了其满足静平衡、但不满足动平衡的结论,其惯性力偶矩在机架上的平衡需综合考虑各实际工况的影响;其四,分析了齿轮啮合传动的干涉限制条件和装配条件,并根据风机性能等参数,对主要零部件进行了设计及强度校核,最后,完成了新型风电增速器的结构设计,使课题的理论成果变为现实。

关键词：齿轮连杆机构传动比效率力学模型风电增速器

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基于证据理论的兆瓦级风电增速器不确定性优化设计

基于证据理论的兆瓦级风电增速器不确定性优化设计

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作者：杨顺奇电子科技大学

学位级别：硕士

增速器是风电机组的关键部件,它的主要功能是将风轮产生的动力传递给发电机进而传递到相应的部件。在设计、生产、安装和使用过程中存在很多随机不确定性因素,这些随机性很强的不确定性因素对风电增速器的使用寿命和可靠性有很大的影响... 详细信息

增速器是风电机组的关键部件,它的主要功能是将风轮产生的动力传递给发电机进而传递到相应的部件。在设计、生产、安装和使用过程中存在很多随机不确定性因素,这些随机性很强的不确定性因素对风电增速器的使用寿命和可靠性有很大的影响。在风电增速器设计过程中,如果忽略这些不确定性因素,将有可能使得增速器存在较高的失效风险,甚至导致整个风电机组出现不可估量的失效后果。本论文正是针对上述问题,以兆瓦级风电增速器为研究对象,在深入分析风电增速器设计过程中存在的各种不确定性因素的基础上,对风电增速器开展了不确定性条件下的优化设计,主要研究内容包括以下几个方面: (1)对只考虑区间变量的基于证据理论的优化设计方法(Evidence-Based Design Optimization, EBDO)进行改进,在优化设计过程中同时考虑区间变量和随机变量。该方法的核心思想是:在区间段内先用顶点法估算极限状态函数的极值,然后利用一阶可靠度方法(First Order Reliability Method, FORM)在极值点处估计极限状态函数的可靠度极值,最后利用只考虑区间变量的EBDO算法进行优化设计。 (2)对风电增速器优化设计过程中存在的不确定性进行量化分析。针对同时存在的认知不确定性和客观不确定性,本文提出了一种同时含区间变量和随机变量不确定性的定量分析方法,并运用到风电增速器优化设计中。 (3)针对1.5MW风电增速器的结构设计,建立同时考虑区间变量和随机变量的EBDO优化数学模型,编写相应的优化程序进行优化。 (4)对优化结果进行对比分析,从分析的结果可知,本文的风电增速器优化设计方案是可行的。

关键词：不确定性区间变量和随机变量基于证据理论的优化设计方法(EBDO) 风电增速器

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大功率风电增速器性能评价研究

大功率风电增速器性能评价研究

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作者：杨洋大连理工大学

学位级别：硕士

近几年来,能源紧缺与环境污染等社会问题推动了风能产业快速发展,但其设备质量水平却严重滞后于发展速度,因此如何提高设备性能成为了一个刻不容缓亟需解决的问题。增速器作为风机中造价昂贵、失效率高的部件之一,其性能是制约设备整体... 详细信息

近几年来,能源紧缺与环境污染等社会问题推动了风能产业快速发展,但其设备质量水平却严重滞后于发展速度,因此如何提高设备性能成为了一个刻不容缓亟需解决的问题。增速器作为风机中造价昂贵、失效率高的部件之一,其性能是制约设备整体质量水平的一大因素。进行风电增速器性能的综合评价研究,有助于产品设计参数合理化、整体性能最优化,对推动增速器发展有一定积极意义。本文将3MW两级行星一级平行轴风电增速器作为研究对象,使用数值计算和有限元分析方法,展开了其性能综合评价相关方面的研究工作,同时将完成的理论模型运用到实际方案评价中。论文具体内容有： (1)考虑研究对象具体情况,结合前人理论,阐述以可靠性、体积、动态特性为指标体系的甄选过程,并给出指标数据预处理方式,选取主观赋权确立权重向量,运用加权平均法综合指标和权重系数,建立出风电增速器系统评价体系。 (2)根据系统内部齿轮、轴和轴承的主要失效形式,针对三者分别构建可靠性模型,考虑齿轮自身特点,进一步研究参数对其应力、可靠性的影响,通过分析变化趋势,从中总结出一定规律。与此同时,在零件可靠性模型完成的前提下,建立系统可靠性模型,进行系统可靠度估算。 (3)建立齿轮系统整机三维模型,使用分析软件,求解整机固有频率与箱体轴承座处振动加速度RMS,改变系统参数具体取值,研究其对上述两者的相应影响,通过分析数据结果得到变化规律。 (4)在性能评价模型完成的基础上,以实际运用的方式对前述内容进行深化收尾。基于不同出发点确立多组权重向量,分别对各组权重向量条件下的设计方案使用综合评价方法进行性能评价,得到相应方案综合性能优劣排序。

关键词：风电增速器综合评价可靠性动态特性

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NW型风电增速器动态特性与实验研究

NW型风电增速器动态特性与实验研究

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作者：王洋大连理工大学

学位级别：硕士

风能作为一种清洁的可再生能源,已在世界范围内受到重视,推动了风力发电技术的快速发展,由于高空架设工作环境的限制,大功率高稳定性成为风力发电机的发展趋势。增速器作为失效率较高的系统关键部件,研究其动力学特性,并进行实验研究具... 详细信息

风能作为一种清洁的可再生能源,已在世界范围内受到重视,推动了风力发电技术的快速发展,由于高空架设工作环境的限制,大功率高稳定性成为风力发电机的发展趋势。增速器作为失效率较高的系统关键部件,研究其动力学特性,并进行实验研究具有重要意义。本文以大功率NW型风电增速器作为研究对象,分析时变外部载荷激励下,风力发电机组传动系统的载荷传递特性,进而基于系统动力学理论研究外部激励对风电增速器齿轮传动系统动态响应的影响。同时,应用齿轮系统动力学、有限元方法和运行模态实验,对风电增速器进行固有特性对比分析。具体研究工作如下： (1)利用线性滤波法AR模型构建随机风速时间序列模型作为风力发电机组传动系统的外部时变输入激励。针对是否考虑风力发电机组中主轴的柔性,建立传动系统刚性传动链和柔性传动链,基于变速变桨风力发电机功率调节原理,研究随机风速下风力发电机组传动系统的载荷传递特性,为系统动态特性的研究提供可靠载荷数据。 (2)基于集中参数法和牛顿第二定律,考虑外部激励和内部激励等因素的影响,建立NW型风电增速器齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型。利用matlab求解时变外载和恒定外载两种工况下齿轮传动系统的动力学微分方程,对比分析两种工况下齿轮传动系统各构件的振动位移响应。 (3)基于NW型风电增速器齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型构建齿轮传动系统无阻尼自由振动动力学方程,研究齿轮传动系统固有特性。基于有限元理论,应用风力发电机增速齿轮箱专用设计分析软件Romax对增速齿轮箱整机系统进行模态仿真。对比分析理论法和有限元仿真两种计算方法下得到的系统固有频率和振型。 (4)基于运行模态分析法(OMA)对NW型风电增速器系统的模态特性进行测试,给出各载荷工况下系统固有频率参数识别结果,并将实验结果与理论法和有限元法分析结果进行对比。同时根据实验测得的振动加速度数据,对系统进行时域和频域分析,研究系统激励频率的构成。

关键词：随机风速风电增速器动力学特性实验测试

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大功率风电增速器动态特性分析与优化设计

大功率风电增速器动态特性分析与优化设计

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作者：吕程大连理工大学

学位级别：硕士

随着能源短缺问题日益严重,风能资源逐渐为人们所重视和利用,风力发电技术也得到快速的发展。齿轮传动系统作为风力发电机的关键部件,其运行的稳定性和可靠性直接影响着整个风力发电系统。考虑到风力发电机的变载荷工况和高空架设环境,... 详细信息

随着能源短缺问题日益严重,风能资源逐渐为人们所重视和利用,风力发电技术也得到快速的发展。齿轮传动系统作为风力发电机的关键部件,其运行的稳定性和可靠性直接影响着整个风力发电系统。考虑到风力发电机的变载荷工况和高空架设环境,研究齿轮传动系统在变载荷条件下的动力学特性并对其进行动态优化设计是风机设计中的重要任务。本文以某***风电增速器齿轮传动系统作为研究对象,应用齿轮系统动力学、数值计算方法和优化技术,对齿轮传动系统的动态特性进行研究,并以此为基础进行系统动态优化设计,为设计出低振动、轻量化的齿轮传动系统提供了方法和理论基础。主要研究工作如下： (1)采用集中参数法建立齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学模型,模型中考虑时变啮合刚度、啮合误差、行星架柔性、轴承支撑刚度、阻尼等因素,通过分析各构件之间相对位移关系,导出振动微分方程,并对方程中的相关参数进行计算分析。 (2)研究传动系统的固有特性及其对参数的敏感度。总结分析各振型特点,得到系统的四种典型振动模式,即三级齿轮振动模式、单级行星轮系径向平移振动模式、行星轮振动模式和平行轴齿轮振动模式。进一步研究固有特性对系统刚度和质量参数的敏感度。 (3)研究传动系统在内、外部激励共同作用下的动态响应。时变外部激励根据ARMA模型模拟的随机风速确定,利用数值解法求解系统动力学微分方程,对比分析系统在额定转矩和时变转矩激励下的动态响应结果,包括振动位移响应、各齿轮副动态啮合力及其频域特性,并研究参数对系统动态响应的影响。 (4)对传动系统进行多目标动态优化设计。以系统体积最小和构件扭转加速度峰值最小为目标函数,以可靠性和强度要求作为约束条件,建立传动系统动态优化设计模型,利用MATLAB优化工具箱对其进行求解优化。从优化前后结果对比可知,优化后的设计参数实现减小系统振动和体积轻量化的目的。

关键词：风电增速器齿轮传动动态特性优化设计

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