6-2MW齿轮箱传动系统扭振特性分析

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1、第六章齿轮箱传动系统扭振特性分析6.1齿轮箱整机模态分析模型建立扭振是关于齿轮箱传动系统激励频率对固有频率影响程度的计算，反映了系统是否存在谐振(共振)的危险程度，主要与系统各组成件的转动惯量和扭转刚度有关。因此需要齿轮箱进行模态分析，并计算齿轮箱传动链的扭转刚度和阻尼。本章根据Romax软件建立2MW风电齿轮箱系统分析模型，分析系统的整机模态特性。在建立2MW风电齿轮箱整机模态分析模型时，轴与箱体之间按照实际设计图纸连接滚动轴承。考虑到实际工作过程中，由行星架输入，内齿圈与箱体、箱盖通过螺栓紧密地连接在一起，不允许有任何相对运动，建模时通过编辑有限元节点连接将各箱体按照实际连接在一起，

2、并在行星架的支撑臂上施加刚性约束。风电齿轮箱三维模型如图6.1.1所示。(a)箱体三维模型(b)传动链模型(C)整机模型图6.1.12MW风电齿轮箱三维模型6.2模态分析结果对整机进行模态分析，提取整机前20阶模态频率，表6.2.1给出了2MW风电齿轮箱前20阶模态的振动固有频率及对应各阶振型描述。表6.2.1整机模态分析结果阶数频率(Hz)振型描述115.0行星架沿正X轴摆动217.5箱体沿Y轴拉伸变形，行星架沿负Y轴摆动329.0太阳轮轴沿负Y轴摆动438.4太阳轮轴沿正Y轴摆动544.7两个行星轮沿负Z轴向摆动646.1两个行星轮沿正Z轴向摆动750.0一个行星轮沿正Z轴向摆动87

3、0.6箱体、输出轴沿X轴正向摆动981.5中间空心轴、太阳轮轴沿X向摆动10118.2行星架沿Z向扭转411136.6中间级空心轴、太阳轮轴沿Y轴正向摆动12167.4中间级齿轮轴沿负X轴摆动13187.8中间级齿轮轴、中间级空心轴沿Y向摆动14193.5中间级齿轮轴、输出齿轮轴沿Z向扭转15196.5中间级齿轮轴沿Y向扭转16207.9中间级齿轮轴、输出齿轮轴沿X向摆动17218.7输出齿轮轴沿负Y向摆动18231.4输出齿轮轴沿负X向摆动19248.5输出齿轮轴沿Y向扭转20274.6输出齿轮轴沿负Y向摆动各阶模态频率对应的齿轮箱振型图如图6.2.1-图6.2.20所示。图中坐标方向

4、均与图6.1.1保持一致，为更好观察齿轮箱内部结构，部分图未显示齿轮箱箱体。图6.2.11阶模态振型图6.2.22阶模态振型图6.2.33阶模态振型图6.2.44阶模态振型4图6.2.55阶模态振型图6.2.66阶模态振型图6.2.77阶模态振型图6.2.88阶模态振型图6.2.99阶模态振型图6.2.1010阶模态振型图6.2.1111阶模态振型图6.2.1212阶模态振型图6.2.1313阶模态振型图6.2.1414阶模态振型4图6.2.1515阶模态振型图6.2.1616阶模态振型图6.2.1717阶模态振型图6.2.1818阶模态振型图6.2.1919阶模态振型图6.2.2020

5、阶模态振型从图6.2.1-6.2.20可以看出，1阶模态振型偏移量最大值出现在行星架的左上端；2阶模态振型偏移量最大值出现在输出轴的末端，同时箱体后端部偏移量也很大；3、4阶模态振型偏移量最大值出现在太阳轮轴的前端；5、6、7阶模态振型偏移量最大值出现在行星齿轮上；8阶模态振型偏移量最大值均出现在输出齿轮轴处，同时箱体后端靠近中间齿轮轴出偏移量也很大；9阶模态振型偏移量最大值出现在中间空心轴的末端处；10阶模态振型偏移量最大值出现在行星架的两端；11阶模态振型偏移量最大值出现在太阳轮轴的中部；12阶模态振型偏移量最大值出现在中间齿轮轴的前端；13阶模态振型偏移量最大值出现在中间齿轮轴的末

6、端；14阶模态振型偏移量最大值出现在输出齿轮轴末端处；15阶模态振型偏移量最大值出现在中间齿轮轴的前端；16、17、18阶模态振型偏移量最大值出现在输出4齿轮轴末端处；19阶模态振型偏移量最大值出现输出齿轮轴中部；20阶模态振型偏移量最大值出现输出齿轮轴的末端。6.3小结风机的额定输入转速为13.7r/min，在额定输入转速下各轴的轴频如表6.3.1所示，齿轮啮合频率如表6.3.2所示。表6.3.1轴频轴轴频(Hz)轴轴频(Hz)输入行星架0.228太阳轴1.442行星齿轮轴10.685中间空心轴1.442行星齿轮轴20.685中间级齿轮轴6.937行星齿轮轴30.685输出齿轮轴29.

7、963表6.3.2齿轮啮合频率啮合齿对啮频(Hz)啮合齿对啮频(Hz)行星轮-太阳轮27.4中间级齿轮145.677行星轮-太阳轮27.4输出级齿轮749.075行星轮太阳轮27.4--根据表6.3.1、表6.3.2可知，在额定工作转速条件下，太原重工股份有限公司2MW风电齿轮箱轴频与齿轮啮频均远离各阶模态固有频率，不会产生共振。虽然输出级齿轮轴轴频29.963Hz与系统第三阶固有频率29.0较为接近，但其对应的模态频率阶次较高，在