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《基于动力学风力发电齿轮传动系统可靠性评估》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第12期重庆大学学报(自然科学版)Vol.30No.122007年12月JournalofChongqingUniversity(NɑturɑlScienceEdition)Dec.2007文章编号:10002582X(2007)1220001206基于动力学的风力发电齿轮传动系统可靠性评估1112秦大同,邢子坤,王建宏,刘建国(1.重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;2.南京高速齿轮制造有限公司,江苏南京210000)摘要:建立了1.5MW风力发电齿轮传动系统非线性动力学微分方程,分析了由时变啮合刚度与综合误差引起的内部激励和由风速
2、变化引起的外部激励,给出了使用系数、动载系数和轴承载荷系数的表达式,在此基础上,研究了齿轮传动系统的可靠性评估问题,对齿轮、滚动轴承和传动系统分别进行可靠性评估,最后给出了实例计算结果。关键词:齿轮传动;风力发电机;动载荷;可靠性中图分类号:TH132文献标志码:A随着能源和环境问题日趋严峻,风力发电在世界范围内得到快速发展,风力发电机作为风力发电系统的核心关键设备,其国产化设计制造问题成为风力发电的瓶颈。在风力发电机中,齿轮传动增速箱是一个关键部件,由于其特殊的变载荷使用工况和高空架设等使用环境,要求具有寿命长(15～20a)、可靠性高、重量轻、易维护且
3、成本低。而在实际使用中,风力发电机的故障50%左右发生在齿轮传动系统。长期以来,人们在对齿轮传动系统可靠性设计与评估中,对滚动轴承载荷系数、齿轮使用系数和动载系数的选用都是按照查表获得,如朱文予编著的《机械概率设计与模p.行星轮;r.内齿轮(固定);c.行星架;s.太阳轮;[1]糊设计》和吴波等编著的《机械零件与系统可靠性4.一级主动斜齿轮;5.一级从动斜齿轮;模型》[2],这对于变载荷条件下的齿轮传动系统的可6.二级主动斜齿轮;7.二级从动斜齿轮;靠性设计与评估,缺乏科学依据和针对性。Tin.输入扭矩;Tout.输出扭矩;笔者在对齿轮传动系统进行变载荷条
4、件下动力学gi.滚动轴承代号,i代表轴承的编号,i=1,2,⋯,8分析的基础上求得滚动轴承载荷系数、齿轮使用系数图1风力发电齿轮传动系统结构简图和动载系数并对齿轮传动系统可靠性进行了评估,较此系统采用一级NGW行星齿轮和两级斜齿轮传为准确全面地评价了风力发电机齿轮传动系统的可靠动,在建立动力学方程时,其各个自由度方向上的等效性,为风力发电机齿轮传动系统的可靠性设计与评估质量、等效刚度由齿轮和轴的质量、刚度决定,用弹簧提供了方法依据。和阻尼器模拟轴承各个方向的刚度和阻尼,齿轮啮合参数用弹簧和阻尼器进行模拟,应用达朗伯原理,得到1齿轮传动系统的非线性动力学方程
5、系统的非线性动力学方程为1.5MW风力发电机齿轮传动系统结构简图如图1所示。M··x+C·x+Kx=F,(1)收稿日期:2007207210基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675231);国家支撑计划资助项目(2006BAF01B07201)作者简介:秦大同(19562),男,重庆大学教授,博士生导师,主要从事机械传动、车辆动力传动及其综合控制等方面的研究,(Tel)023265106506;(E2mail)dtqin@cqu.edu.cn。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHous
6、e.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2重庆大学学报(自然科学版)第30卷式中x为位移向量,它定义为2系统的激励分析x={θc,xc,yc,θs,xs,ys,θp,ξp,ηp,111θp,ξp,ηp,θp,ξp,ηp,θ4,x4,y4,z4,2.1刚度激励222333刚度激励就是齿轮啮合过程中啮合综合刚度的时θ5,x5,y5,z5,θ6,x6,y6,z6,θ7,x7,y7,z7},(2)变性引起的动态激励。计算齿轮时变啮合刚度时,通其中:θ为齿轮扭转位移;ξp,ηp(i=1,2,3)为第i个ii常先按GB3480-1
7、997计算出啮合刚度的峰值和平均行星轮径向位移;x,y为其余齿轮径向位移;z为齿轮值,然后按啮合频率将轮齿啮合综合刚度简化成矩形轴向位移;下标表示图1中相应的传动零部件。波周期函数,再将其展开成傅里叶级数并略去高阶项[324]M为系统的质量矩阵,后整理得3M=diag(Ic,mc,mc,Is,ms,ms,k(t)=km+6kaicos(ωit+φ),(9)Ip,mp,mp,Ip,mp,mp,Ip,mp,mp,i=1111222333(3)式中:km为平均啮合刚度;kai为变刚度幅值系数;ω为I4,m4,m4,m4,I5,m5,m5,m5,啮合频率,ω=π·
8、n·z/30;n,z,φ分别为转速、齿数及I6,m6,m6,m6,
