极端载荷下风力机轴承打滑及摩擦振动分析

发布时间：2017-04-01 22:06

  本文关键词：极端载荷下风力机轴承打滑及摩擦振动分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源在国民经济中的战略地位日益重要，我国经济增长过度依赖能源消耗，能源利用率较低。风能作为一种清洁可再生能源得到了人们的广泛关注。风力发电机增速齿轮箱作为风力机的核心部件，其性能好坏直接决定了风力机的可靠性和使用寿命。风力机工作在变载荷工况下，容易损坏、维修困难，这就对风力机传动系统的可靠性和使用性能提出了很高的要求。传动系统中最容易损坏的零件是轴承，风力机轴承的过早失效也是一个现在还不能完全解决的难题。因此，研究风力机齿轮箱轴承动态特性、可靠性和失效机理是风力机轴承设计中的重要任务。 本课题考虑了极端载荷下风力机的工作特性。为了更加全面的反映齿轮传动外部激励，采用联合概率函数和超越概率函数研究了风力机极端载荷特性，并计算出了一年和五十年风力机极端载荷，计算模型给出了四种不同函数分布，由计算结果得出Gumbel分布计算的极端载荷结果比其它三种情况更大，计算结果也更加具有实际意义。 在轴承打滑动力学及其振动方面也做了较为深入的研究，，打滑动力学考虑了离心力作用，给出了在极端载荷下承载区保持架打滑分析，同时也研究了随着载荷变化下保持架打滑特性分析。由分析结果可以看出，在极端载荷下低速轴滚动轴承打滑率很低。但在高速轴旋转阶段保持架打滑率较高并且变化率也很陡峭，这说明极端载荷对高速轴轴承在一瞬间的冲击现象很严重。在振动方面，在承载区打滑时添加了摩擦力，并考虑了不同润滑阻尼特性、不同转速、不同轴承参数和不同载荷激励下滚动体的振动分析，在极端载荷下轴承变形量和振动位移明显增大，高速轴承的振动响应也异常强烈。
【关键词】：极端载荷 耦合振动 打滑动力学
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3;TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 载荷计算研究现状12
• 1.3 滚动轴承打滑机理与振动的研究现状12-14
• 1.3.1 滚动轴承力学模型12-13
• 1.3.2 滚动轴承打滑机理与分析模型的研究现状13-14
• 1.3.3 滚动球轴承振动特性研究现状14
• 1.4 课题主要研究内容14-17
• 第二章 风力机极端载荷模型及风载荷计算17-29
• 2.1 风力机模型17-18
• 2.2 风和风能18-21
• 2.2.1 风能及风资源特性18-20
• 2.2.2 叶素理论20-21
• 2.3 风力机传动系统的载荷特性分析21-22
• 2.4 风力机极端载荷预测22-26
• 2.4.1 极端外部条件22-23
• 2.4.2 风环境数据仿真23-24
• 2.4.3 长期载荷外推法24-25
• 2.4.4 极端载荷 Matlab 仿真计算25-26
• 2.5 输出端载荷计算26
• 2.6 本章小结26-29
• 第三章 风力机传动系统耦合动力学分析29-45
• 3.1 极端载荷下整机动力学分析29-34
• 3.1.1 风能转化系统描述29-30
• 3.1.2 风力机耦合振动方程的建立30-34
• 3.2 传动系统齿轮-轴承与塔架耦合动力学模型34-36
• 3.3 动力学方程其他参数的确定36-39
• 3.3.1 转动惯量与质量36-37
• 3.3.2 轴承轴向与径向刚度计算37
• 3.3.3 扭转方向37
• 3.3.4 阻尼37-38
• 3.3.5 动力学微分方程参数38-39
• 3.4 系统微分方程39-40
• 3.5 动力学分析实例40-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 传动系统轴承载荷及打滑动力学模型分析45-61
• 4.1 轴承分析的理论基础45-51
• 4.1.1 角接触球轴承的几何关系和运动关系45-46
• 4.1.2 Hertz 接触理论46-49
• 4.1.3 滚动轴承接触力和变形计算49-51
• 4.1.4 滚动轴承润滑51
• 4.1.5 轴承失效机理51
• 4.2 轴承载荷分析51-52
• 4.2.1 滚动轴承动载荷51
• 4.2.2 滚动轴承载荷系数51-52
• 4.3 滚动球轴承打滑动力学分析52-54
• 4.3.1 内部载荷计算52-53
• 4.3.2 动态模型分析滚动体运动53-54
• 4.4 轴承打滑实例计算分析54-59
• 4.4.1 轴承载荷计算54-58
• 4.4.2 打滑现象分析58-59
• 4.4.3 防止打滑措施59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 滚动体打滑区域振动模型分析61-69
• 5.1 振动模型分析61-63
• 5.1.1 纯滚动振动模型61-62
• 5.1.2 振动模型的建立62
• 5.1.3 模型求解62-63
• 5.2 振动特性分析63-68
• 5.2.1 不同阻尼对振动特性的影响63-64
• 5.2.2 不同轴承转速对振动特性分析64-65
• 5.2.3 轴承内外径对振动特性的影响65-66
• 5.2.4 不同径向载荷下轴承振动特性分析66-67
• 5.2.5 减振分析67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读学位期间参与的工程项目及发表的学术论文77-78

【参考文献】

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