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大型風(fēng)電齒輪箱耦合固有特性仿真分析

文檔作者：許洪斌吳燦元楊長輝文檔來源： 1．重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點實驗室 2．重慶理工大學(xué)機械工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月01日
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機械設(shè)計與制造
Machinery Design &amp;amp; Manufacture
第5期
2014年5月
大型風(fēng)電齒輪箱耦合固有特性仿真分析
許洪斌 ，吳燦元 ，楊長輝
(1．重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點實驗室，重慶400054；2．重慶理工大學(xué)機械工程學(xué)院，重慶400054)
摘要：風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)電機紐的重要組成部分，其振動特性會影響整個機組的運行，因此研究齒輪箱系統(tǒng)的固有特性
具有重要意義。在大型風(fēng)電齒輪箱三維實體模型的基礎(chǔ)上，采用彈簧模擬軸承的方式把傳動系統(tǒng)和箱體耦舍起來，建立
該齒輪箱齒輪一傳動軸一軸承一箱體系統(tǒng)耦合非線性動力學(xué)有限元模型，運用LanczOS法對齒輪箱系統(tǒng)進(jìn)行耦合模態(tài)分
析得到系統(tǒng)固有頻率和固有振型。通過計算齒輪嚙合頻率分析得出齒輪箱系統(tǒng)在高階振型中產(chǎn)生共振現(xiàn)象，為大型風(fēng)電
齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞 風(fēng)電齒輪箱；固有特性；嚙合頻率
中圖分類號：TH16；TH122；TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—3997(2014)05—0192—03
Simulalion and Analysis of Coupled Natural Characteristic
of Large W ind-Turbine Gearbox
XU Hong—bin ，WU Can—yuan2，YANG Chang—hui‘
(!．Key Laboratory of Automobile Part Manufacturing，Checking and Measuring Technology of Ministry of Education，
Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China；2．School of Mechanical Engineering，Chongqing University
of Technology，Chongqing 400054，China)
Abstract：Wind—turbine gearbox is O2"t important part ofwind-turbine，its vibration characteristic has an impact on the normal
operation ofthe whole system，SO the research on natural characteristics ofgearbox is ofgreat significance．Based on the
three—dimensional solid model of large wind turbine gearbox and coupling transmission system and gearbox together by
simplifying bearings with springs．the coupled nonlinear dynamical FE model containing gears-shafts—bearings-housingfor
the gearbox Was built comprehensively to pe咖 the coupled modal analysis ofthe whole gearbox with Lanczos method，and
the naturalfrequency and the form ofvibration Was obtained．The result showed resonance phenomenon in higher modes Was
produced by analyzing gear mesh frequency and result of modal simulation，which provided f theoretical basis for
optimizationdesi~ ofwindturbinegearbox system．
Key W ords：W ind-Turbine Gearbox；Natural Characteristic；Mesh Frequency
1引言
在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)電齒輪箱是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的增速傳
動裝置。風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在傳動過程中受到外部隨機載荷、
沖擊載荷以及裝配誤差引起的振動，其運行狀態(tài)直接影響整個發(fā)
電機組的正常工作，因此對風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)固有特性的研究是十
分有必要的。國內(nèi)外學(xué)者從研究方法、研究對象以及研究內(nèi)容方
面對齒輪箱系統(tǒng)的固有籽『生進(jìn)行了大量的研究。從研究方法上看
主要從集中質(zhì)量法和有限元法對齒輪一轉(zhuǎn)子—箱體進(jìn)行建?！総叫；
研究對象主要針對直齒輪和斜齒輪 ；在研究內(nèi)容上主要考慮質(zhì)
量不平衡、靜態(tài)傳遞誤差、彎扭耦合特性及裝配誤差等[8-11諸多因
素對齒輪箱固有特性的影響。對齒輪箱系統(tǒng)固有特性進(jìn)行分析，
采用傳統(tǒng)解析法將大大提高計算難度，而有限元法卻能改善計算
精度，有利于對齒輪箱固有特Jl生的求解分析。
采用Hypermesh有限元軟件對5MW風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)進(jìn)行
前處理，建立風(fēng)電齒輪箱齒輪—傳動軸—軸承—箱體系統(tǒng)耦合非
線性動力學(xué)有限元模型，在Abaqus軟件中采用Lanczos方法進(jìn)
行耦合模態(tài)分析得到固有頻率和固有振型，通過與齒輪嚙合頻率
對比分析得出風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)是否發(fā)生共振現(xiàn)象。
2風(fēng)電齒輪箱傳動原理
5MW功率分流風(fēng)電增速齒輪箱傳動原理圖，如圖I所示。
該齒輪箱系統(tǒng)包含兩級行星輪系統(tǒng)和一級平行軸齒輪傳動，行星
輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于NGW 型。齒輪箱內(nèi)齒圈固定，由行星架輸
入并驅(qū)動行星輪帶動太陽輪轉(zhuǎn)動，太陽輪輸出作為下一級齒輪傳
動的輸入，最后由平行軸輸出。輸入級行星系統(tǒng)作為低速級，由五
來稿Et期：2013—10—17
基金項目：國家科技支撐計劃課題(2012BAA01B05)；國際科技合作專項項目(2013DFA70730)；
重慶市科技攻關(guān)計劃項目(CSTC2012GG—YYJSB90002)
作者簡介：許洪斌，(1967一)，男，湖北人，教授，主要研究方向：機械設(shè)計理論及自動化，先進(jìn)制造技術(shù)的研究；
吳燦元，(1987一)，男，福建龍巖人，在讀研究生，主要研究方向：機械設(shè)計及理論

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