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考虑相关性的高速试验台增速齿轮箱可靠性分析

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机械科学与技术 2023年

作者：杜进辅曲南飞杨攀张延超西安理工大学机械与精密仪器工程学院

高速试验台增速齿轮箱可靠性要求高，而过高的运转速度易引发多模式失效，为精确评估其可靠性，开展基于有限元分析、响应面法、蒙特卡洛方法与Copula函数方法的失效相关可靠性分析。首先，基于有限元分析考虑齿轮啮合位置变化对齿轮应... 详细信息

高速试验台增速齿轮箱可靠性要求高，而过高的运转速度易引发多模式失效，为精确评估其可靠性，开展基于有限元分析、响应面法、蒙特卡洛方法与Copula函数方法的失效相关可靠性分析。首先，基于有限元分析考虑齿轮啮合位置变化对齿轮应力的影响，确定齿轮应力最大值；其次，采用中心复合设计(CCD)和拉丁超立方采样(LHS)，考虑齿轮材料及载荷参数的离散性，建立齿面接触疲劳、齿根弯曲疲劳和齿面胶合三种失效模式的可靠性参数模型；最后，紧密围绕失效相关问题，采用嵌套Copula函数进行高维建模，对某增速齿轮箱进行系统层面和零件层面的可靠性分析。结果表明：考虑失效相关性的可靠性分析更符合工程实际，有利于精密机械系统的高可靠性设计。

关键词：高速试验台增速齿轮箱齿轮传动失效相关可靠性

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CO_2压缩机增速齿轮箱断齿故障分析

化工进展 2003年第9期22卷 1017-1020页

作者：李海根司健唐锡忠刘斌中国石油化工股份公司巴陵分公司岳阳414100 郑州机械研究所郑州450052

通过对齿轮断口的形貌、振动原因及裂纹源分析、并结合对原齿轮设计承载能力的校核 ,找到了GN -2 5增速齿轮箱断齿的原因 ,提出了防止故障发生措施。

关键词： CO2压缩机增速齿轮箱断齿故障原因

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太重Ⅲ型风力发电增速齿轮箱有限元分析

机械传动 2009年第6期33卷 55-60页

作者：郭爱贵范为民魏静孙伟太原重工股份有限公司齿轮传动分公司山西太原030024 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

风电增速齿轮箱在兆瓦级风力发电机中属易过载和损坏率较高的部件,对其性能进行分析,预测其性能并进行优化是十分必要的。本文中利用ANSYS软件对太重Ⅲ型两级行星一级平行轴1.5MW风力发电增速齿轮箱进行有限元分析,对太重Ⅲ型风力发电... 详细信息

风电增速齿轮箱在兆瓦级风力发电机中属易过载和损坏率较高的部件,对其性能进行分析,预测其性能并进行优化是十分必要的。本文中利用ANSYS软件对太重Ⅲ型两级行星一级平行轴1.5MW风力发电增速齿轮箱进行有限元分析,对太重Ⅲ型风力发电增速齿轮箱各级齿轮强度进行校核,得到了各级齿轮副的齿廓和齿向修形数据;对行星轮系载荷均载特性、主箱体组件、行星架、花键联接等进行分析,得到了风力发电增速齿轮箱各级零部件强度和刚度等相关数据,为风电增速齿轮箱的可靠性评估及优化设计奠定基础。

关键词：风力发电增速齿轮箱有限元性能分析

轮齿修形对风电增速齿轮箱静动态特性影响分析

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轮齿修形对风电增速齿轮箱静动态特性影响分析

作者：李锐重庆大学

学位级别：硕士

增速齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分,其静动态特性直接决定了风力发电机综合性能的好坏。齿轮副啮合特性的优劣及齿轮传动系统的振动是造成增速齿轮箱故障的主要原因之一,而合理的轮齿修形能够缓解啮入啮出冲击产生的振动,减少最... 详细信息

增速齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分,其静动态特性直接决定了风力发电机综合性能的好坏。齿轮副啮合特性的优劣及齿轮传动系统的振动是造成增速齿轮箱故障的主要原因之一,而合理的轮齿修形能够缓解啮入啮出冲击产生的振动,减少最大接触应力,使载荷分布更加均匀,提高齿轮啮合特性。因此,有必要对风电增速齿轮箱轮齿修形技术进行相关研究。本文以2MW风电增速齿轮箱为研究对象,进行齿轮副修形参数计算、分析修形参数对齿轮副啮合特性的影响、增速齿轮箱传动系统修形参数优化、增速齿轮箱振动特性分析及试验验证。论文主要的研究工作如下:(1)计算齿面热流密度及齿轮的对流换热系数,对传动系统的本体温度场进行了仿真;结合额定工况下的热边界条件及载荷边界条件,进行热弹耦合分析,求得热变形及弹性变形引起的各齿轮副啮入啮出位置的干涉量,进而得出各齿轮副的齿廓修形量,并由日本与ISO推荐的齿向修形量计算公式得到各齿轮副齿向修形量。(2)采用基于势能法的刚度修正算法对斜齿轮副时变啮合刚度进行计算,并与ISO算法和有限元法分析结果进行比较,验证了该修正算法的可行性;运用MATLAB软件编程计算行星轮-太阳轮啮合刚度,并结合轮齿误差与啮合刚度计算模型,探讨了修形参数变化对斜齿轮副啮合特性的影响。(3)借助Romax软件,建立增速齿轮箱传动系统的静力学模型,分析修形前后行星级与平行级斜齿轮副的传动误差、齿面载荷及齿根应力;以传递误差峰峰值最小为修形优化目标,采用遗传算法对各齿轮副修形参数进行优化,得到最优修形参数,对比分析了修形优化前后各齿轮副的啮合性能。(4)利用ANSYS软件对增速箱进行参数化建模,采用Lanczos法分析了增速齿轮箱的模态振型,计算修形前后各齿轮副内部动态激励并将其施加于有限元模型上,求解轮齿修形前后齿轮箱的振动响应;对比分析修形前后风电增速齿轮箱各评价点的振动响应,并与增速齿轮箱振动试验结果进行比较,验证了仿真模型的准确性。

关键词：增速齿轮箱轮齿修形啮合特性修形优化振动特性

1.5MW风力发电机组增速齿轮箱齿轮修形设计与动态性能分析

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1.5MW风力发电机组增速齿轮箱齿轮修形设计与动态性能分析

作者：李杲兰州理工大学

学位级别：硕士

增速齿轮箱作为风力发电机组整体设备中间重要环节和关键部件,对发电机组的正常运行和工作效率起到极其重要的作用。增速齿轮箱齿轮修形是高精度齿轮设计的重要技术,也是减小发电机组振动和噪音的重要办法,采取修形之后的增速齿轮可高... 详细信息

增速齿轮箱作为风力发电机组整体设备中间重要环节和关键部件,对发电机组的正常运行和工作效率起到极其重要的作用。增速齿轮箱齿轮修形是高精度齿轮设计的重要技术,也是减小发电机组振动和噪音的重要办法,采取修形之后的增速齿轮可高效工作的同时更具有稳定性,并延长使用寿命。本论文针对齿轮啮合时载荷不均布,出现应力集中后影响齿轮寿命等问题,对齿轮进行齿廓修形和齿向修形,计算了修缘量和鼓形量,建立了2级行星轮系+1级斜齿轮系修形前后三维模型,进行了弯曲强度和接触应力计算等静力学分析和齿轮啮合时动力学特性分析,分析了不同工况下的修形后的振动响应特性及规律。论文的主要研究内容与工作总结如下:(1)对1.5MW风力发电机组增速齿轮箱3个传动组齿轮进行修形设计。基于齿廓修形理论与齿向修形理论,分析了渐开线齿轮啮入和啮出时的动力学特性,建立了数学模型,计算了1.5MW风力发电机组增速齿轮箱各传动组齿轮修缘高度h和鼓形量C。(2)对1.5MW风力发电机组增速齿轮箱各齿轮进行静力学分析。利用Solidworks软件根据基本参数建立了增速齿轮箱斜齿轮传动组高速级、中速级、低速级未修形前三维模型,并在日常环境和工况条件下添加夹具、载荷、材料进行静力学分析,结合网格信息图、应力图和位移图,揭示了高速级大小齿轮由于啮合力在小齿轮键槽和大齿轮轴孔位置容易出现最大静态应力,在大小齿轮齿顶中间和靠近两侧位置容易出现最大静态位移;中速级和低速级行星齿轮传动组中太阳轮静态应力和静态位移值均最大。在高速级齿轮轮齿表面容易出现最大静态应力,产生最大静态位移和载荷分布不均,由于啮合稳定性会产生冲击甚至干涉情况,齿轮的齿根、齿顶和端面边缘都出现了应力集中现象,会影响齿轮寿命。(3)利用ANSYS Workbench进行刚体动力学分析。将摩擦学与动力学结合,建立了1.5MW风力发电机组增速齿轮箱高速级斜齿轮传动组修形前、后动力学模型,导入ANSYS Workbench进行动力学分析,通过分析应力图和位移图得出了通过齿廓修形中修缘修整和齿向修形中的鼓形修整均可有效降低应力集中,实现载荷分布均匀。建立齿轮箱简化模型,研讨了不同工况下的振动响应特征,分析了修形后的振动响应特性及规律。

关键词：风力发电机组增速齿轮箱齿轮修形动态性能分析齿廓修形齿向修形

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立式增速齿轮箱的润滑改进

润滑与密封 2004年第3期29卷 121-122页

作者：王慧生张爱芹洛阳建材机械厂河南洛阳471003

分析了浮法玻璃生产线增速齿轮箱箱内齿轮严重磨损的原因 ,提出改进润滑的措施 ,改进后现场使用效果良好。

关键词：浮法玻璃增速齿轮箱磨损润滑生产线

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风电增速齿轮箱啸叫振动噪声分析及试验研究

风电增速齿轮箱啸叫振动噪声分析及试验研究

作者：刘君重庆大学

学位级别：硕士

风电增速齿轮箱作为风力发电设备中的关键部件,其性能好坏直接影响到风力发电机组的正常运行。由于风电设备运行环境特殊,常常受到外界随机风速作用,导致风电增速齿轮箱具有载荷波动大、振动噪声高等运行特点。因此,开展增速齿轮箱啸叫... 详细信息

风电增速齿轮箱作为风力发电设备中的关键部件,其性能好坏直接影响到风力发电机组的正常运行。由于风电设备运行环境特殊,常常受到外界随机风速作用,导致风电增速齿轮箱具有载荷波动大、振动噪声高等运行特点。因此,开展增速齿轮箱啸叫振动噪声分析及试验研究,对提升风电增速箱设计水平,提高运行平稳性具有重要的理论意义和工程价值。本文来源于国家自然科学基金项目,以1.5MW风电增速齿轮箱为研究对象,进行齿轮系统传动误差计算、齿轮副动态啮合力模拟、齿轮箱啸叫振动噪声分析以及动态性能测试与信号处理。论文主要的研究工作如下:(1)利用ROMAX软件计算齿轮副时变啮合刚度和轴承支承刚度;综合考虑时变啮合刚度、齿向修形、齿轮制造精度、齿面粗糙度等影响因素,采用集中参数法建立齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型,求解各自由度振动位移时域曲线,进而计算各级齿轮副传动误差以及动态啮合力。(2)借助LMS软件运动学模块,考虑各级齿轮传动误差、啮合阻尼、齿侧间隙以及轴承支撑刚度、阻尼等非线性参数,建立包含齿轮、轴、轴承、箱体的风电增速箱刚柔耦合分析模型,采用模态叠加法求解箱体表面振动响应和轴承支撑力;进而建立箱体声振耦合模型,运用有限元方法计算箱体表面声压和场点声压,实现增速箱啸叫噪声的预估。(3)借助基于ROMAX的齿轮传动系统静力学模型和集中参数动力学模型,分析了不同制造精度与齿廓修形对齿轮副动态传动误差的影响;利用增速箱声振耦合模型,求得不同传动误差下的轴承动态支反力,进而以其作为边界条件,计算增速箱振动及啸叫噪声,研究了不同制造精度与齿廓修形齿轮不同传动误差对增速箱振动噪声的影响规律。(4)利用风电增速箱综合性能试验台架进行振动噪声试验研究,获得箱体振动信号和场点声压信号的时域和频域曲线,并与齿轮箱振动噪声仿真结果对比分析,验证仿真方法的正确性。针对实测振动信号和仿真计算值,进行幅值谱、倒频谱和包络谱对比分析,得出增速箱可能存在的故障特征频率,并分析增速齿轮箱故障位置。

关键词：增速齿轮箱传动误差振动噪声分析信号处理

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变速器增速齿轮箱结构分析及温度场仿真

变速器增速齿轮箱结构分析及温度场仿真

作者：孙凯东北大学

学位级别：硕士

汽车变速器具有改变扭矩、转速以及发动机输出到驱动轮的方向等功能,作为汽车传动系统的关键部件对整车的性能有着重要的影响。变速器试验台是研究和改进变速器性能的重要装备。本文分析了国内外汽车传动系试验台的特点,采用了轿车用横... 详细信息

汽车变速器具有改变扭矩、转速以及发动机输出到驱动轮的方向等功能,作为汽车传动系统的关键部件对整车的性能有着重要的影响。变速器试验台是研究和改进变速器性能的重要装备。本文分析了国内外汽车传动系试验台的特点,采用了轿车用横置前驱变速器的加载试验台的整体方案,并针对试验台的增速齿轮箱部分进行了全面分析。增速齿轮箱作为该变速器试验台动力与运动输入单元。齿轮在啮合过程中由于齿面摩擦力的存在降低了齿轮的传动效率,加快齿轮的破坏(胶合、点蚀),使齿轮承载能力降低,减少了齿轮箱的使用寿命。因此,有必要对齿轮箱在工作过程中的齿轮本体的温度场的大小和分布情况进行系统的分析,从而为齿面胶合现象的研究奠定了基础,也为齿轮承载能力、齿轮修形、润滑系统等设计提供了依据。本文基于齿轮啮合原理,齿轮动力学,摩擦学和传热学,用Pro/E软件建立三维模型,并用有限元软件对模型进行分析,本文主要研究工作内容如下：(1)分析了齿轮胶合失效,阐述了齿轮本体温度场研究的理论分析方法、重要性和研究现状,确定了以有限元法为求解方法。(2)对比分析了国内外变速器试验台的特点并结合轿车横置前驱变速器的特殊传动形式,确定并采用了功率流机械封闭式试验台总体方案及主要参数;(3)完成变速器齿轮增速箱的结构设计,并对齿轮增速箱的齿轮、轴、箱体等各零件进行结构设计并进行了公式化校核。建立了参数化建模所需要的基本齿轮模型,通过Pro/E实现直齿轮参数化精确建模和齿轮箱的其他零件的建模,为有限元分析奠定基础。(4)应用传热学的知识,建立了齿轮稳态本体温度场的热平衡方程以及边界条件,并进行适当的简化,以有限元分析方法和理论分析计算相结合对齿轮轮齿的各面换热系数和啮合齿面输入摩擦热进行了分析计算;(5)应用ANSYS软件进行增速箱齿轮温度场仿真,得到了齿轮本体温度场的大小和分布情况,通过改变转矩和转速的值,对齿轮稳态本体温度场的影响情况进行了比较、分析,对齿轮进行了修行设计,并分析了修行后的温度场变化。得出了具有指导意义的结论。(6)通过对深沟球轴承进行了稳态热分析得出在正常运转情况下轴承的稳态温度场分布趋势。通过改变参数值的设置轴承转速、径向力和环境温度因素,得出各因素对滚动轴承最高温度具有显著的影响。该分析为实现降低轴承的最高温度和提高轴承的工作寿命提供了理论依据,具有现实意义。

关键词：变速器增速齿轮箱有限元本体温度胶合失效

兆瓦级风电机组主增速齿轮箱齿轮油加热系统研究

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风能 2011年第4期 66-69页

作者：高清毅宣小平壳牌(中国)有限公司

1引言兆瓦级风电机组是中国风电行业的主力机型,该机型需要适应中国各种复杂的环境条件,这为风电机组设计带来多重挑战,特别是冬季严寒的天气环境对机组的安全稳定运行挑战很大。本文就主增速齿轮箱润滑油加热系统以及加热控制逻辑等相... 详细信息

1引言兆瓦级风电机组是中国风电行业的主力机型,该机型需要适应中国各种复杂的环境条件,这为风电机组设计带来多重挑战,特别是冬季严寒的天气环境对机组的安全稳定运行挑战很大。本文就主增速齿轮箱润滑油加热系统以及加热控制逻辑等相关信息进行了详细的调研,参考有关国际国内标准和润滑油、添加剂厂商的技术经验,结合当前的实际应用

关键词：风电机组加热器表面功率密度润滑油兆瓦级增速齿轮箱加热系统齿轮油