帶齒根裂紋損傷的風(fēng)電增速器振動特性研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文帶齒根裂紋損傷的風(fēng)電增速器振動特性研究ResearchonVibrationCharacteristicsforWindPowerGeneratorwithGearRootCrack學(xué)號：21幽l完成日期：星Q!墨生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要風(fēng)能作為清潔的可再生能源，近年來得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，在新能源領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。作為風(fēng)機的核心部件，風(fēng)電

2、增速器往往運行環(huán)境惡劣多變，長期運轉(zhuǎn)難免會造成損傷，一旦發(fā)生事故會造成巨大的經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。為了避免帶傷齒輪運轉(zhuǎn)時可能引發(fā)的災(zāi)難性事故，有必要研究帶傷齒輪傳動系統(tǒng)早期的振動機理以及振動特性。早期的故障預(yù)測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種大中小型設(shè)備的故障監(jiān)測和預(yù)報中，為保障設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)、避免事故的發(fā)生起到了關(guān)鍵作用。但是對于風(fēng)機傳動系統(tǒng)，在故障預(yù)測中往往面臨損傷機理不明確、大型設(shè)備故障演化周期長導(dǎo)致無法獲取損傷演化數(shù)據(jù)、早期損傷檢測不明顯

3、等問題。具有典型損傷特征的風(fēng)電增速器的動力學(xué)模型、裂紋輪齒嚙合剛度的計算、時變風(fēng)載的模擬等理論研究具有很高的工程價值。為了能夠從損傷機理的角度分析損傷對系統(tǒng)動力特性的影響規(guī)律，本文主要做了以下幾項工作：(1)研究了斜齒圓柱齒輪外嚙合時變嚙合剛度的計算方法，從直齒輪和斜齒輪幾何相似性入手，結(jié)合能量法得到了帶有齒根裂紋損傷特征的齒輪副的時變嚙合剛度的計算模型。應(yīng)用接觸有限元法計算了不同嚙合位置的嚙合剛度值，擬合出裂紋輪齒參與嚙合全過程的時變

4、剛度曲線，研究了裂紋對齒根彎曲應(yīng)力的影響規(guī)律。同時，將輪齒等效為懸臂梁，應(yīng)用有限元軟件對比分析了直線型裂紋和曲線型裂紋的單齒剛度，證明了裂紋簡化的合理性。(2)建立了考慮多因素影響下的風(fēng)電動力學(xué)建模方法。采用集中質(zhì)量法，結(jié)合牛頓第二定律建立了考慮時變嚙合剛度激勵、阻尼激勵、支撐剛度等非線性因素的彎一扭軸耦合模型，為齒根裂紋損傷對風(fēng)電增速器傳動系統(tǒng)的振動響應(yīng)的求解提供了前提。(3)求解了正常和帶齒根裂紋損傷的齒輪傳動系統(tǒng)在恒載激勵以及隨機

5、風(fēng)載下的振動響應(yīng)，在時域和頻域范圍內(nèi)分析了動態(tài)仿真結(jié)果，進而得到了裂紋損傷特征與系統(tǒng)振動響應(yīng)之間的規(guī)律，為早期檢測齒根裂紋損傷提供了理論依據(jù)。在本文最后，給出了裂紋深度與振動響應(yīng)幅值的量化關(guān)系，可作為裂紋程度預(yù)測的參考。(4)基于動力學(xué)仿真軟件ADAMS，建立風(fēng)電增速器輸入級行星輪系的多體動力學(xué)剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型，充分考慮了裂紋輪齒的柔性特征，得到了帶有裂紋損傷特征的行星增速器的振動響應(yīng)，對理論結(jié)果進行了驗證。關(guān)鍵詞：斜齒輪；嚙合剛度