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应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

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中国机械工程 2024年第4期35卷 591-601页

作者：唐浩谭建军李浩朱才朝叶伟孙章栋重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 重庆望江工业有限公司江苏分公司盐城224100 湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象... 详细信息

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。

关键词：风电齿轮箱行星轮系滑动轴承动力学

钢丝绳隔振器系统三向稳态响应的等效线性化分析

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应用力学学报 2021年第5期38卷 2147-2153页

作者：王红霞陈大顶戢玉莹孙章栋湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

针对钢丝绳隔振器非线性系统稳态响应求解方法耗时较长、分析效率较低的问题,本文建立了钢丝绳隔振器-质量块非线性系统的三向动力学模型,分析了量纲归一化Bouc-Wen模型极限环耗散能量,提出了钢丝绳隔振器三向稳态系统频率响应特性的等... 详细信息

针对钢丝绳隔振器非线性系统稳态响应求解方法耗时较长、分析效率较低的问题,本文建立了钢丝绳隔振器-质量块非线性系统的三向动力学模型,分析了量纲归一化Bouc-Wen模型极限环耗散能量,提出了钢丝绳隔振器三向稳态系统频率响应特性的等效线性化方法,并通过数值仿真和多谐波平衡法进行了有效性验证。结果表明:拉压、剪切及横滚三个承载方向,等效线性化、数值仿真和多谐波平衡法所得含钢丝绳隔振器非线性系统的稳态响应曲线一致,验证了等效线性化分析其系统稳态响应的有效性和准确性;等效线性化计算耗时最少,分析速度远远高于数值仿真和多谐波平衡法,能够显著提高非线性隔振系统的设计效率。

关键词：钢丝绳隔振器稳态响应耗散能量等效线性化

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风电机组用滑动轴承研究现状与发展趋势

太阳能学报 2024年第5期45卷 77-85页

作者：李浩朱才朝谭建军孙章栋王红霞重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

首先,分析滚动轴承在风电传动系统中应用的局限性,探讨滑动轴承“以滑代滚”的可行性。然后,从风电机组用滑动轴承结构设计、轴承材料、性能分析及优化、试验测试及应用4个关键环节,综述滑动轴承风电应用的现有技术手段和面临的困难。最... 详细信息

首先,分析滚动轴承在风电传动系统中应用的局限性,探讨滑动轴承“以滑代滚”的可行性。然后,从风电机组用滑动轴承结构设计、轴承材料、性能分析及优化、试验测试及应用4个关键环节,综述滑动轴承风电应用的现有技术手段和面临的困难。最后,对风电机组滑动轴承的材料改性、一体化设计、延寿技术发展趋势做出展望。

关键词：滑动轴承风电机组滚动轴承齿轮箱

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重载工况下行星齿轮传动啮合偏载分析

中国机械工程 2023年第13期34卷 1513-1524页

作者：谭建军李浩杨书益朱才朝宋朝省孙章栋重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

为了深入研究重载行星齿轮传动多柔体变形下齿面载荷分布规律,提出一种计入结构柔性与齿轮副动态接触的行星齿轮传动耦合动力学建模方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,根据内齿圈、行星架结构及其边界特征,采用有限元缩... 详细信息

为了深入研究重载行星齿轮传动多柔体变形下齿面载荷分布规律,提出一种计入结构柔性与齿轮副动态接触的行星齿轮传动耦合动力学建模方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,根据内齿圈、行星架结构及其边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿、行星架耦合点与弹性支撑之间的关联关系,利用齿轮副动态承载接触作为界面协调条件将各构件进行耦合,建立行星齿轮传动耦合动力学模型,分析了啮合偏载现象以及结构参数对啮合特性的影响。研究结果表明,作用在行星轮上的合弯矩以及行星架销轴非对称结构变形是造成啮合偏载的主要原因,系统共振会加剧啮合偏载程度;在共振区附近,齿轮动态啮合刚度与静态啮合刚度存在较大差异;增加销轴刚性、增大螺旋角可以改善啮合偏载程度,减小共振区系统振动,但在低转速区不利于系统减振,而增大行星架连接板刚性可以保持低转速区系统振动状态,同时减小共振区系统振动。

关键词：风电齿轮箱行星轮系结构柔性内齿圈动力学

斜齿轮啮合弯矩对风电齿轮箱行星轮滑动轴承瞬态润滑性能影响分析

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中国机械工程 2024年第6期35卷 1010-1022页

作者：李浩谭建军朱才朝孙义忠孙章栋王红霞重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 南京高速齿轮制造有限公司南京211100 湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

风电齿轮箱行星轮滑动轴承常被设计为以行星轮内孔和销轴分别作为轴套和轴颈,然而斜齿轮啮合弯矩容易使行星轮与销轴之间产生轴线不对中,导致边缘接触风险高,影响运行寿命。以6 MW级传动链齿轮箱行星轮滑动轴承为研究对象,考虑滑动轴承... 详细信息

风电齿轮箱行星轮滑动轴承常被设计为以行星轮内孔和销轴分别作为轴套和轴颈,然而斜齿轮啮合弯矩容易使行星轮与销轴之间产生轴线不对中,导致边缘接触风险高,影响运行寿命。以6 MW级传动链齿轮箱行星轮滑动轴承为研究对象,考虑滑动轴承径向载荷、弯矩以及转速的动态影响,建立了行星轮滑动轴承瞬态摩擦-动力学耦合模型,并以风电机组传动链SIMPACK动力学模型提取的行星轮动态啮合力与时变转速作为行星轮滑动轴承的载荷与运动边界输入,分析了斜齿轮啮合弯矩、输入扭矩和滑动轴承半径间隙对行星轮滑动轴承润滑性能的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明,行星轮动态啮合力及其产生的啮合弯矩会造成行星轮轴心位置与偏斜角产生动态循环变化,并且随着载荷的增加,行星轮滑动轴承油膜/固体接触压力与不对中弯矩会逐渐增大;减小行星轮滑动轴承半径间隙可以有效提高其瞬态润滑性能。

关键词：风电齿轮箱滑动轴承瞬态润滑斜齿轮

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摆线针轮传动线接触弹流润滑分析

振动与冲击 2014年第23期33卷 195-199页

作者：孙章栋朱才朝刘怀举刘明勇顾宗琳重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

对摆线针轮线接触弹流润滑进行数值分析,得出啮合过程中最小膜厚,与经验公式对比,验证模型的正确性。以摆线轮θ=arccos K1处润滑状态作为判断依据,研究载荷、转速和流变指数对摆线针轮传动润滑状态的影响规律。结果表明:随着转速提高,... 详细信息

对摆线针轮线接触弹流润滑进行数值分析,得出啮合过程中最小膜厚,与经验公式对比,验证模型的正确性。以摆线轮θ=arccos K1处润滑状态作为判断依据,研究载荷、转速和流变指数对摆线针轮传动润滑状态的影响规律。结果表明:随着转速提高,二次压力峰高度降低并向入口区移动,膜厚相应增加;而随着载荷增加,接触区变宽,二次压力峰增加且向出口区移动,膜厚略微减小;流变指数n增加,二次压力峰先增加后减小,最后趋近于Hertz压力,并向出口区移动,膜厚相应减小。讨论了短幅系数k1对润滑的影响,表明在满足设计要求情况下,短幅系数k1减小,有利于提高润滑性能。

关键词：摆线针轮脂润滑数值解 Ostwald

新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器摩擦效率及温度场研究

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润滑与密封 2023年第4期48卷 75-80页

作者：徐靓孙国兴孙章栋刘林湖北汽车工业学院机械工程学院湖北十堰442002

针对摩擦式无级变速器摩擦生热和温度场的研究,以自行设计的新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器为例,对传动过程中的滑移率、功率损失和摩擦效率进行理论研究,并用ANSYS软件对滚轮平盘摩擦生热温度场进行仿真分析。结果表明:随着转速的提... 详细信息

针对摩擦式无级变速器摩擦生热和温度场的研究,以自行设计的新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器为例,对传动过程中的滑移率、功率损失和摩擦效率进行理论研究,并用ANSYS软件对滚轮平盘摩擦生热温度场进行仿真分析。结果表明:随着转速的提高滚轮和平盘的温度上升,随着压紧力的增大,摩擦功率损失提高,摩擦效率降低;压紧力的提高,滑动速度会随之增大,产生更多摩擦热,同时也会增大接触面积,摩擦发热的面积更大,因此对温升影响更明显;新型锥齿轮滚轮-平盘式无级变速器具有较高的摩擦效率,其摩擦升温也较小。

关键词：无级变速器锥齿轮摩擦热摩擦效率温度场

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

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太阳能学报 2024年第3期45卷 122-132页

作者：谭建军杨书益李浩孙先田朱才朝孙章栋重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 湖北汽车工业学院十堰442002

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面... 详细信息

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明:随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。

关键词：风电机组齿轮传动动力学行星轮系齿面载荷

一种新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器的设计研究

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机械传动 2022年第11期46卷 64-69页

作者：徐靓孙国兴孙章栋宋俊湖北汽车工业学院机械工程学院湖北十堰442002

基于传统的滚轮平盘式无级变速器的传动原理,结合锥齿轮的传动特点,提出了一种新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器;分析了该无级变速器的传动原理和结构特征,建立了滚轮-平盘间的力学传动模型;运用接触力学和摩擦学原理,对锥齿轮-滚轮平... 详细信息

基于传统的滚轮平盘式无级变速器的传动原理,结合锥齿轮的传动特点,提出了一种新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器;分析了该无级变速器的传动原理和结构特征,建立了滚轮-平盘间的力学传动模型;运用接触力学和摩擦学原理,对锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器进行设计分析,运用Ansys进行了瞬态仿真分析。结果表明,该新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器的承载能力有显著的提升。

关键词：无级变速器摩擦接触应力有限元分析承载能力