风电机组齿轮箱轮齿裂纹故障建模与仿真研究

《风电机组齿轮箱轮齿裂纹故障建模与仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号M201270926学校代码10487密级硕士学位论文风电机组齿轮箱轮齿裂纹故障建模与仿真研究学位申请人：钟龙学科专业：热能工程指导教师：高伟教授杨涛副教授答辩日期：2015年5月21日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringResearchonModelingandSimulationoftheGearboxofWindTurbinewithCrackedToothCandid

2、ate:ZhongLongMajor:ThermalEngineeringSupervisor:Prof.GaoWeiAssoc.Prof.YangTaoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

3、完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学

4、硕士学位论文摘要齿轮箱作为非直驱风力机的关键部件，受强交变载荷的影响，极易发生故障。对于齿轮箱故障动力学特性的研究，有助于人们深入认识故障发生机理，并为齿轮箱的优化设计以及故障诊断提供一定的指导。本文以风力机齿轮箱为研究对象，围绕齿轮箱故障建模与仿真开展了如下工作：以风力机一级行星轮和两级定轴直齿轮系统为研究对象，运用坐标变换处理了行星轮系与定轴轮系运动分析的矛盾；采用集中参数法，建立了齿轮箱扭转-横向振动的25维运动微分方程模型，结合风电机组模型对所建模型进行了仿真分析，得到各部件的绝对转速完全符合传动比规律，表明了模型的正确

5、性。在齿轮材料以及几何参数确定的情况下，基于变截面悬臂梁理论运用能量法推导了正常齿轮综合啮合刚度随齿轮转角变化的表达式。通过裂纹故障对啮合刚度参数的影响，推导了轮齿分度圆处与齿根处裂纹情况下的齿轮系统啮合刚度，以此来模拟这两种故障。对这两种典型位置的裂纹故障下齿轮系统啮合刚度曲线可以得知裂纹在轮齿任何位置时啮合刚度的变化趋势：即随着裂纹的发生位置从轮齿根部到顶端，啮合刚度开始下降的压力角(转角)越大，故障对啮合刚度的影响越小。另外无论裂纹故障的发生位置如何，当裂纹程度的加深时综合啮合刚度均会降低。分析了齿轮箱正常与局部故障状态的

6、振动信号成分，得到定轴轮系与行星轮系各部件的局部故障特征频率。对于定轴轮系，局部故障频率即为故障齿轮的转频；而对于行星轮系，则为故障齿轮在行星架动坐标系中的相对转频。特别的，对于行星轮系各故障部件，故障齿在啮合过程中会使行星轮的载荷分配不均，这对振动会产生调幅作用，因此在故障振动信号成分中，啮频及其谐波两侧会有行星轮转频、故障特征频率及其组合的调制边频带。对前文中齿根裂纹故障下风力机齿轮箱模型的仿真振动信号在时域和频域的分析结果和局部故障振动信号成分的理论分析结论基本一致。关键词：风电机组；齿轮箱；动力学；轮齿裂纹；啮合刚度；局

7、部故障特征频率I华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTAsthecorecomponentsofnon-directdrivewindturbine,gearboxesarestronglyaffectedbyalternatingloadandfaileasily.Researchesofgearboxfaultdynamicshelppeopletounderstandmechanismoffailurein-depth,andprovidesomeguidancefortheoptimaldesignandfaultdi

8、agnosisofgearbox.Inthispaper,thewindturbinegearboxisthestudyobject,thefollowingtasksarecarriedoutaroundthegearboxfaultmodelingandsi