简论水平轴风力发电机组传动系统动力学模型建模策略-

论文导读：要：传动系统作为风力发电机组的动力传递装置，是风力机的一个重要组成部件，直接联系着风力发电机组的整体性能。国内外正专门组织力量对传动系统的设计、制造等各个环节进行攻关探讨。国内外传动系统的探讨主要针对齿轮箱内部零部件的耦合动力学探讨。对传动系统的动态浅析论述及策略进行深入探讨，建立系统的总体精确动力学模
摘要：传动系统作为风力发电机组的动力传递装置，是风力机的一个重要组成部件，直接联系着风力发电机组的整体性能。国内外正专门组织力量对传动系统的设计、制造等各个环节进行攻关探讨。国内外传动系统的探讨主要针对齿轮箱内部零部件的耦合动力学探讨。对传动系统的动态浅析论述及策略进行深入探讨，建立系统的总体精确动力学模型，才能更好的掌握传动系统的动态特性，提升整体传动系统的性能。本论文以双馈变速恒频风力发电机组两种传动链为探讨对象，建立了两种支承结构形式的风力机传动系统模型并对其进行了系统的动力学浅析。本论文的主要工作内容和探讨结论如下：1)浅析风力机传动系统的结构形式，简单比较几种传动链形式优缺点。重点浅析了双馈变速恒频风力发电机组的三点悬挂和四点悬挂传动系统因轴承个数及分布不同而引起整个传动系统的激励的变化。结果浅析得到三点悬挂式静态无较大集中力，但载荷对齿轮箱行星机构冲击较大；四点悬挂式受力集中，载荷主要对前两个轴承冲击较大。2）推导拉格朗日方程的原理。把轴系集中参数化、有限元化后简化为梁单元，用拉格朗日能量法推导梁单元的微分方程，运用于轴系的传动系统建模浅析。推导出风力机齿轮箱行星架各构件之间的相对位移联系，最后把微分代数方程推导为纯微分方程，便于动力学方程的求解。3）利用牛顿第二定律建立行星传动系统的动力学方程。推导行星传动系统各个齿轮直接的位移联系，建立广义坐标与局部坐标的联系。为拉格朗日能量动力学模型和牛顿第二定律动力学模型提供论述基础，考虑系统的横向振动和系统扭转振动，根据牛顿第二定律建立行星传动系统的动力学方程，得到并浅析系统的固有频率和相应的振动方式。4）运用拉格朗日方程、弹性动力学浅析法及多体动力学等论述，利用集中参数法和有限元法相结合的策略，建立两种传动链的动力学模型。首次提出用单元法推导局部坐标的相对的联系，为三点悬挂与四点悬挂传动系统局部坐标转化为广义坐标提供论述依据。在建模历程中，首次考虑轴承变形、数目和支承位置的变化对整个传动系统固有特性的影响。浅析主轴轴承数目的变化引起的行星架受力、变形和传动系统的固有频率的变化。5)在拉格朗日原理浅析整个传动链的动力学的基础上，用有限元策略浅析和比较两种传动系统主轴的结构受力变形和前十阶模态。用mass21单元对调心轴承进行约束和载荷的施加，浅析和比较了两种传动轴对整个传动系统动力特性的影响。浅析结果和第四章的整机固有特性比较浅析可以看出，三点支承式主轴受力与变形比四点支承大，三点支承式主轴对齿轮箱行星架轴承要求较高。四点支承式主轴模态变形比三点支承式主轴大。关键词：传动系统论文拉格朗日能量法论文集中参数论文有限元论文模态浅析论文
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Abstract9-11
插图索引11-13
附表索引13-14
第1章 绪论14-19

1.1 选题背景及作用14-15

1.2 国内外探讨近况15-17

1.2.1 国内外技术探讨近况15

1.2.2 国内外论述探讨近况15-17

1.3 主要探讨内容17-19

第2章 风力机传动系统基本结构及动力学浅析19-27

2.1 引言19

2.2 风力机传动系统基本结构19-21

2.1 直驱风力机19-20

2.2 双馈式风力机20-21

2.3 拉格朗日方程21-22

2.4 运动微分方程推导22-25

2.5 系统动力学方程计算与浅析25-26

2.6 本章小结26-27

第3章 行星传动系统动力学模型及浅析27-34

3.1 引言27

3.2 行星架的相对位移浅析27-28

3.

2.1 太阳轮与行星轮沿其啮合线方向的相对位移28

3.

2.2 内齿圈与行星轮沿其啮合线方向的相对位移28

3.

2.3 行星架与行星轮相对位移28

3.3 行星机构运动方程的建立28-31

3.4 行星传动系统的振动方式浅析31-33

3.5 本章小结33-34

第4章 双馈式风力机传动系统建模及浅析34-51

4.1 引言34

4.2 双馈式风力机传动系统34-36

4.3 传动系统的动力学模型建模36-45

4.

3.1 系统的动能36-37

4.

3.2 系统的势能37-45

4.4 约束条件浅析和定义45-46

4.5 动力学方程46

4.6 传动系统固有频率计算与模态特性浅析46-50

4.7 本章小结50-51

第5章 两种传动主轴有限元模型建立与求解策略探讨51-64

5.1 引言51

5.2 两种主轴的结构力学浅析51-57

5.

2.1 主轴的有限元模型的建立51-53

5.

2.2 主轴材料及计算载荷53-54

5.

2.3 静力载荷计算结果54-57

5.3 主轴模态浅析57-62
5.

3.1 模型和约束的建立57-58

5.

3.2 主轴的固有频率58-59

5.

3.3 主轴的振型图59-62

5.4 本章小结62-64
第6章 总结与展望64-66

6.1 主要结论64

6.2 探讨展望64-66

参考文献66-70
致谢70-71
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71-72
附录 B 参加科研项目情况72-73
附录 C 振型的振动矢量73-77