2.05MW风机主增速箱均载特性及其可靠性研究

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封闭差动行星齿轮传动因其良好的传动特点而被广泛应用于风电、航空航天、汽车和矿山装备等领域。科学技术的发展促进了行星传动朝着“高、精、尖”的方向发展,对行星齿轮传动的研究不断深入,新的结构以及系统动力学特性成为研究热点。对封闭差动行星齿轮箱而言,制造安装等误差不可避免地导致行星轮间载荷分配不均,对其动态特性和可靠性有重要影响。因此如何均匀地分配载荷以及提高传动的可靠性一直是学者们研究的重要课题。本文针对封闭差动行星齿轮箱制造安装误差具有的随机性,采用Monte Carlo法对2.05MW风力发电机组封闭差动主增速箱进行静态和动态均载性能的研究,并由理论分析和试验研究相互验证,提出了一种齿圈柔性均载结构,探讨了封闭差动行星系统的可靠性。本文的研究成果可以为封闭差动行星传动实际应用提供一定的技术指导,对发展有效均载、高可靠性的封闭差动行星传动具有重要的科学意义和工程应用价值。本文共分为七章,各章节的主要研究内容如下:第一章阐述了本文的研究背景,围绕行星齿轮传动静态和动态均载的研究,综述了中心轮浮动、柔性销轴和柔性齿圈均载的研究现状,总结了封闭差动行星传动均载和可靠性的研究成果,概括了全文的研究内容及研究意义。第二章根据封闭差动行星齿轮传动的特点,针对制造安装误差具有的随机性,运用Monte Carlo方法建立了封闭差动行星传动系统误差随机重复抽样静力学均载模型,探索封闭差动级均载系数及太阳轮浮动量的概率分布,进行了齿厚公差带、偏心和安装误差带对封闭级和差动级均载系数及太阳轮浮动量分布的敏感性分析。第三章对同时具有太阳轮浮动、柔性销轴和柔性内齿圈三种均载方法的封闭差动行星传动,运用Monte Carlo法建立了传动系统重复随机抽样动力学均载模型,研究了齿厚和偏心误差带对封闭级和差动级动态均载系数及太阳轮浮动量分布的影响,并同时对不均匀的行星轮载荷进行统计。第四章以具有上述三种均载方法的2.05MW风力发电机组封闭差动行星齿轮箱为试验对象,探索多种均载措施的封闭差动行星传动均载性能的特点,根据应变测试结果提出了均载系数的数据处理方法,研究了行星齿轮箱动态均载系数随工况载荷的变化趋势,分析统计了封闭级和差动级不同载荷下的平均均载系数及其标准差。第五章针对柔性内齿圈过柔则轮齿失效,过刚则均载较差的问题提出了一种改进的齿圈柔性均载结构,建立了齿圈柔性均载结构的零件和系统刚度模型。根据弹性开口销和螺栓的受力状况分析了零件的应力,以变形最大为目标函数,零件不失效为边界条件对齿轮箱差动级齿圈柔性结构进行优化,采用有限元正交模拟试验优化齿圈柔性均载结构参数,同时探究了各参数对系统柔性和零件应力的影响。第六章根据应力—强度分布干涉理论分别建立了行星传动系统重要零件的可靠度模型,基于行星传动是串并联混合的混联系统的特点和系统可靠性理论,推导出了封闭差动行星传动的系统可靠性模型,对封闭差动行星传动系统可靠度进行了计算。第七章对本文的研究内容进行了简要总结,并对今后的研究工作进行了展望。本文采用理论分析、试验研究以及数值模拟三种方法,对封闭差动行星齿轮传动的均载特性进行了研究,结果表明通过控制行星轮制造和安装误差带,可以有效提高均载性能,本文提出的齿圈柔性均载结构有助于提高齿圈柔度和均载性能,从而达到提高系统可靠性的目的。
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