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风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

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振动与冲击 2020年第15期39卷 193-199,229页

作者：向玲刘随贤张军华华北电力大学机械工程系河北保定071003

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FF... 详细信息

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。

关键词：风电齿轮箱两级行星齿轮非线性动力学分岔混沌

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风电齿轮箱振动信号耦合调制建模与应用

仪器仪表学报 2024年第3期45卷 240-250页

作者：武英杰佟源李鹏飞田野王建国东北电力大学自动化工程学院吉林132012

风电齿轮箱不同轮系间存在的耦合调制现象干扰了实际故障诊断,为此,针对两级行星一级平行结构的齿轮箱提出一种考虑级间耦合调制的现象学模型。首先,在风电齿轮箱振动信号幅值、频率解调分析基础上,定义了多级传动下的级间串联调制特性... 详细信息

风电齿轮箱不同轮系间存在的耦合调制现象干扰了实际故障诊断,为此,针对两级行星一级平行结构的齿轮箱提出一种考虑级间耦合调制的现象学模型。首先,在风电齿轮箱振动信号幅值、频率解调分析基础上,定义了多级传动下的级间串联调制特性,并提出幅值-频率级间串联调制模型;通过构造多级调幅信号和调频信号,在频谱和解调谱中对串联调制特性进行仿真分析,并提出耦合调制特性边带能量指标用于模型评价;设计了与现场齿轮箱具有相同结构的缩比齿轮箱实验台,并在正常与故障状态下进行实验、现场联合分析,验证级间串联调制模型的有效性。结果表明:频率耦合调制现象在四种状态下尤为明显,其耦合调制特性边带能量分别为1.02、1.04、1.18、1.25。本模型所反映的齿轮箱级间耦合调制现象是齿轮箱本身所有,不会因齿轮箱的状态而发生改变,本模型为提高风电齿轮箱故障诊断准确性提供参考。

关键词：风电齿轮箱幅值调制频率调制现象学模型

风电齿轮箱两级齿圈故障下振动信号幅值耦合调制建模

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振动与冲击 2021年第22期40卷 221-233页

作者：辛红伟安伟伦武英杰刘少康田野王建国东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012 华能吉林发电有限公司新能源分公司吉林吉林130012 吉林吉电新能源有限公司长春130015

风电齿轮箱的多级混合传动结构致使实测振动信号相互叠加、耦合调制,已有的单级轮系振动信号模型不能完全描述该现象,为此,提出一种针对级间串联调制与交叉调制现象的幅值耦合调制模型。采用基于Hilbert变换的幅值解调方法对耦合调制特... 详细信息

风电齿轮箱的多级混合传动结构致使实测振动信号相互叠加、耦合调制,已有的单级轮系振动信号模型不能完全描述该现象,为此,提出一种针对级间串联调制与交叉调制现象的幅值耦合调制模型。采用基于Hilbert变换的幅值解调方法对耦合调制特性进行仿真分析,指出将多载波信号分解为单载波信号的必要性;采用常见的信号分解方法和传统窄带滤波法对齿轮箱振动信号进行分解,通过对比分析其特点,最终选定传统窄带滤波法;结合幅值解调分析两级齿圈故障下的级间耦合调制现象及不同测点处的耦合调制规律。结果表明:两级齿圈故障下,多个幅值调制频率形成了级间串联调制,且与多个载波形成交叉调制,验证了所提级间串联调制与交叉调制模型的合理性;通过对不同测点的振动信号分析,进一步验证了所建模型的有效性和实用性,为风电齿轮箱故障诊断提供模型支撑。

关键词：风电齿轮箱级间耦合调制幅值调制振动模型

低速重载风电齿轮箱径向滑动轴承多运行状态润滑性能分析

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西北工业大学学报 2023年第5期41卷 978-986页

作者：赵帅可苏华西北工业大学机电学院陕西西安710072

针对风电齿轮箱中径向滑动轴承频繁启动、低速重载、偏航倾斜等工况,基于平均Reynolds方程建立径向滑动轴承瞬时启动与运行工况耦合的润滑性能数值分析模型,分析了启动阶段轴径轴心运动轨迹,获得启动至稳定阶段轴承膜厚变化状态;分别研... 详细信息

针对风电齿轮箱中径向滑动轴承频繁启动、低速重载、偏航倾斜等工况,基于平均Reynolds方程建立径向滑动轴承瞬时启动与运行工况耦合的润滑性能数值分析模型,分析了启动阶段轴径轴心运动轨迹,获得启动至稳定阶段轴承膜厚变化状态;分别研究了表面综合粗糙度、轴颈倾斜角度、轴颈转速对轴承启动和稳定运行整个阶段润滑性能的影响规律。结果表明:启动阶段偏心率出现最大值,粗糙接触引起破膜风险最大;随着表面综合粗糙度由0.6增大至1.2μm,轴承承载力和摩擦因数均增加,启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段增加约13.62%和131.58%;随着轴径倾斜角度由0.0001°增大至0.0004°,轴承承载力和摩擦因数均增大,且启动阶段的最大承载力和摩擦因数比稳定阶段平均约高出30%和116%;随着转速的增加,轴承的承载力增大,摩擦因数减小,有利于提高轴承性能。计算结果为评价滑动轴承频繁启动工况下的磨损风险提供了重要依据,为滑动轴承的运行温度、油膜压力等轴承结构设计和选型提供参考。

关键词：风电齿轮箱轴心轨迹瞬态/稳态耦合计算微凸体承载比轴颈倾斜启停

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风电齿轮箱故障诊断的SVM参数优化

中国机械工程 2015年第16期26卷 2222-2225页

作者：赵春华董海江钟先友三峡大学宜昌443002

针对风电齿轮箱易出现齿轮断齿、点蚀、磨损等故障问题,提取风电齿轮箱非平稳非线性振动信号的提升小波包能量熵,利用支持向量机(SVM)进行故障诊断。为提高算法的分类精度,利用遗传算法对参数进行优化处理,试验结果表明,优化后获得的最... 详细信息

针对风电齿轮箱易出现齿轮断齿、点蚀、磨损等故障问题,提取风电齿轮箱非平稳非线性振动信号的提升小波包能量熵,利用支持向量机(SVM)进行故障诊断。为提高算法的分类精度,利用遗传算法对参数进行优化处理,试验结果表明,优化后获得的最佳参数能够提高SVM测试样本的预测精度。

关键词：风电齿轮箱故障诊断支持向量机参数优化

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风电齿轮箱行星齿轮疲劳断裂失效分析

金属热处理 2015年第2期40卷 209-213页

作者：任淮辉龙源(北京)风电工程技术有限公司北京100034 清华大学航天航空学院北京100083

研究了825 kW风电机组齿轮箱运行5年后出现行星齿轮疲劳断裂的问题。通过对断裂齿轮进行化学成分、显微组织、宏微观断口分析以及力学性能、断裂韧性检测的试验分析,查明齿轮发生疲劳断裂的原因。结果表明,行星齿轮的断裂是多源疲劳裂... 详细信息

研究了825 kW风电机组齿轮箱运行5年后出现行星齿轮疲劳断裂的问题。通过对断裂齿轮进行化学成分、显微组织、宏微观断口分析以及力学性能、断裂韧性检测的试验分析,查明齿轮发生疲劳断裂的原因。结果表明,行星齿轮的断裂是多源疲劳裂纹萌生和扩展行为,齿轮内圈沟槽存在初始加工缺陷,负载较大时出现应力集中;齿轮的表面与心部硬度的离散性较大说明存在热处理与表面渗碳等工艺问题;此外长期满负荷运行和过载冲击加速了疲劳裂纹的扩展,导致齿轮箱疲劳寿命降低。

关键词：风力发电风电齿轮箱疲劳断裂失效分析

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大功率风电齿轮箱系统耦合动态特性研究

振动与冲击 2017年第8期36卷 97-104页

作者：翟洪飞朱才朝宋朝省黄华清刘怀举柏厚义重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 重庆望江工业有限公司重庆400071

大功率风电齿轮箱为风力发电机组关键部件之一,其工作特性对风电机组稳定运行具有重要影响。针对某大功率风电齿轮箱参数及工况,考虑斜齿轮副时变啮合刚度和传递误差激励,建立齿轮箱传动系统子结构模型;基于均匀弯曲Timoshenko理论,建... 详细信息

大功率风电齿轮箱为风力发电机组关键部件之一,其工作特性对风电机组稳定运行具有重要影响。针对某大功率风电齿轮箱参数及工况,考虑斜齿轮副时变啮合刚度和传递误差激励,建立齿轮箱传动系统子结构模型;基于均匀弯曲Timoshenko理论,建立齿轮箱箱体子结构模型;根据传动子结构和箱体子结构系统变形协调条件,建立大功率风电齿轮箱系统耦合动力学模型,对系统振动响应进行计算分析。研究表明:各级齿轮啮合激起结构响应频率,结构响应频率与系统齿轮啮合频率未发生共振;在系统振动加速度响应频率成分中,除三级齿轮传动啮合频率外,存在调频现象,并将研究结果与试验结果进行对比分析。

关键词：风电齿轮箱耦合斜齿行星传动动态特性台架试验

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风电齿轮箱磨损状态静电在线监测方法研究

工程设计学报 2021年第2期28卷 163-169页

作者：刘舒沁刘若晨孙见忠张进武江苏理工学院汽车与交通工程学院江苏常州213001 南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

风电齿轮箱的结构复杂且运行环境恶劣,是风电机组中故障率最高的部件,其性能直接影响风电机组的稳定性和安全性,严重时可能会造成财产损失甚至人员伤亡。为此,基于静电监测原理,采用多个静电传感器对风电齿轮箱摩擦磨损产生的二次效应... 详细信息

风电齿轮箱的结构复杂且运行环境恶劣,是风电机组中故障率最高的部件,其性能直接影响风电机组的稳定性和安全性,严重时可能会造成财产损失甚至人员伤亡。为此,基于静电监测原理,采用多个静电传感器对风电齿轮箱摩擦磨损产生的二次效应同时进行监测;基于提取到的时域特征参数和复杂度度量参数,运用移动窗局部离群因子(moving window local outlier factor,MWLOF)算法分别对负荷试验和破坏试验中风电齿轮箱磨损状态的静电监测信号的变化趋势进行分析。结果表明:在负荷试验中,静电监测方法可在部分故障发生前提前监测到风电齿轮箱早期的性能退化;在破坏试验中,静电监测方法比振动监测方法提前200~1000个样本点监测到风电齿轮箱的故障。研究表明,静电监测方法作为一种新型的状态监测技术,能够有效提高对风电齿轮箱磨损状态的监测能力,可对其早期故障的产生作出较准确的预警,这可为大型设备关键部件的状态监测提供参考。

关键词：风电齿轮箱摩擦磨损静电监测移动窗局部离群因子算法

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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