结合风力发电机实际运行环境,根据bladed强大的风况模拟效果,对风力机运行状态进行模拟,获取了稳态风、启动工况、停机(刹车)条件下风载荷。以外部风载荷为激励,建立了风电行星齿轮传动系统弯扭耦合动力学模型。通过求解模型,分析得到了系统动载荷,以及稳态风、启动工况、停机(刹车)工况条件下的系统响应特性。结果显示稳态风条件下,内部激励仍对系统起主要作用。但在风机启动时,系统转速与动载荷振动幅值均逐渐增大,变桨操作介入后,产生瞬时过载,系统振动响应幅值急剧增大至26.7%;停机工况下,刹车及变桨的双重作用,使动载荷与转速迅速减小直至停止工作。

以风力发电机行星传动系统为研究对象,为揭示齿圈柔性对其动态性能的影响,将齿圈离散为多段刚性轮齿段,对每两轮齿段用理论长度为零的双向扭转弹簧连接。在行星架随动坐标系下,综合考虑了支撑刚度、齿轮啮合时变刚度和齿圈柔性,建立了风力发电机行星传动系统刚—柔耦合动力学模型。分析了各构件间的相对运动微位移及齿圈的受力情况,运用牛顿力学推出动力学方程;基于所建模型,得出了齿圈厚度的变化对其各节径固有频率的影响;发现了行星轮两种特殊啮合位置下齿圈的变形特点及所对应连接扭簧的扭转力矩和扭转变形角度间的关系。该结果可为风力发电机行星齿轮传动的设计提供理论依据。

为了研究细高齿齿轮的振动特性,以一对标准齿齿轮和细高齿齿轮为对比研究对象,建立直齿轮传动系统平移-扭转动力学模型;采用有限元方法求解细高齿齿轮的时变啮合刚度,分析了负载对刚度的影响规律;通过Newmark-β时间积分法计算齿轮的振动响应,对比标准齿齿轮和细高齿齿轮传动系统的轴承动载荷及齿轮啮合激励,求解了不同转速下两对齿轮系统的输入、输出轴承动载荷。结果表明,细高齿齿轮啮合为两齿-三齿交替接触,刚度变化减弱;轴承动载荷波动幅值较标准齿大幅降低,啮合频率及其倍频幅值明显下降,轮齿间啮合力减小。

从统计能量法的基本原理出发，综合考虑时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励对齿轮箱辐射噪声的影响，以及齿轮箱与外部流体耦合作用，建立了齿轮箱的统计能量法分析模型。通过分析与计算确定箱体各子系统的模态密度、内损耗因子和子系统间的耦合损耗因子，求解得到箱体各子系统的振动响应及齿轮箱噪声谱。进一步分析不同齿轮箱厚度、阻尼、轴承刚度对齿轮箱辐射噪声的影响，为齿轮箱的减振降噪提供一定理论依据。

基于故障因素对行星齿轮系统动态特性的影响,用赫兹接触理论,在考虑齿面接触刚度特性的条件下引入弯曲刚度,建立新的传动系统动力学模型。利用扭簧刚度变化分别引入太阳轮裂纹和断齿2种故障因素,分别模拟了行星齿轮传动系统在不同故障因素影响下的运转状态。通过分析动载荷谱、太阳轮浮动轨迹研究故障因素对行星齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:太阳轮出现裂纹故障时,太阳轮浮动轨迹随着裂纹的加深逐渐扩大;在经过裂纹轮齿时,行星轮与内齿圈啮合力振幅少量增加;太阳轮出现断齿故障时,太阳轮浮动轨迹在啮合处发生瞬时大幅度偏移;行星轮与内齿圈啮合力振幅较大,在频域图的低频区域出现大量边频带;故障因素对传动系统的影响随工况条件的改变而变化。

为研究RV减速器柔性因素对传动精度的影响,以BX40E减速器为研究对象,综合考虑支承弹性变形及齿轮接触弹性变形对系统动态传动精度的影响,建立多自由度RV减速器动力学模型,提取系统的动态响应;探究变载、变速条件下各级传动接触及支承变形对动态传动误差的贡献量,量化分析BX40E减速器传动误差对各柔性因素的灵敏度。结果表明:动态传动误差随负载增加而增加,输出转速平稳性随负载和转速增加而下降;二级传动的接触变形对减速器传动误差贡献最大

RV减速器因具有传动精度高、回差小和寿命长等优点,被广泛应用于精密机械系统中。梳理了国内外RV减速器的研究现状,展示了RV减速器传动误差、回差、扭转刚度、磨损寿命和加工工艺方面研究成果,分析对比国内外现阶段RV减速器产品性能,发现国产产品在精度保持性和产品一致性方面与国外仍存在差距。最后从研究层面对国内RV减速器的发展提出了针对性建议。

针对故障因素对行星齿轮传动系统动态特性影响不明确的问题,采用Hertz接触理论计算齿轮副啮合力的方法,有效的引入了太阳轮缺齿故障因素,建立了行星齿轮传动系统动力学分析模型;模拟系统在太阳轮出现缺齿情况下的工作过程,分析故障因素随着系统输入转速和负载变化对传动系统动态特性的影响。数据表明太阳轮出现缺齿故障时,太阳轮浮动轨迹半径增大;啮合力基频及倍频周围出现边频带,低频区域出现大量低频带;随着转速和负载的增加,各轮齿间啮合力正常波动和冲击幅值均增大。该结果可为行星齿轮传动系统的设计制造、使用监测和故障诊断提供理论依据。

采用集中质量方法建立了1.5 MW风电机行星齿轮传动模型,在外载荷作用下采用线性弹簧来模拟轮齿间啮合,推导了行星齿轮各轮副间运动微分方程及动载系数的计算方法。在此基础上,分析了各种不同风况外载荷对系统的影响。结果表明：对于稳态风载荷,在其由小变大的过程中,啮合频率也会增大且能量最大;系统主要影响因子由刚度激励变为载荷激励,动载荷成分也变得比较丰富,出现低频带及边带频。极限阵风强度改变时,载荷瞬时变化,引起动载荷及动载系数激增;极限阵风方向改变时,x、y方向啮合力存在相位角,三个行星轮的外啮合之间有相位差,系统动载荷比阵风载荷增长1倍,轮齿间承载负荷变大。

为了探究含故障因素行星齿轮传动系统的动态特性,结合Hertz接触理论和齿轮激励,建立考虑齿面接触特性的行星齿轮传动系统动力学模型,并且在模型中分别引入了行星轮、内齿圈、太阳轮3种断齿故障因素;分别模拟了传动系统在不同故障因素影响下的工作过程,通过分析动载荷谱、浮动轨迹来研究行星齿轮出现故障的情况下传动系统的动态特性。得出结论:与内齿圈断齿故障相比,行星轮、太阳轮断齿对系统造成影响更大;频谱图中低频区域的幅值所在频率和故障频率有着对应关系;太阳轮断齿故障因素使太阳轮浮动轨迹半径大幅增加。故障因素对系统动态特性影响的研究,可以为行星齿轮传动系统的故障诊断提供理论依据。