风电行星齿轮增速器的固有频率啮合刚度敏感度分析.doc

风电行星齿轮增速器的固有频率啮合刚度敏感度分析 内燃机与配件0引言风力发电机通常安装在野外运行，由于风速的变化，外部激励十分复杂，同时轮齿啮合，轴承弹性变形等产生内部激励。 因此研究风电行星齿轮增速器的固有频率啮合刚度敏感度，分析主要设计参数对系统振动的影响就变得非常重要。 对于风电行星齿轮增速器固有频率啮合刚度敏感度分析，刘振州1围绕直齿行星传动，对其固有特性、模态突变现象、非线性动响应、齿面磨损机理及其对系统动态响应的影响进行研究。 赵永强2，3基于模态法建立了两级人字齿混合行星齿轮系统的参数敏感度计算模型，分析了各级齿轮啮合刚度以及耦合扭转刚度固有频率敏感度，获得了固有频率受参数变化的影响规律。 王世宇4建立了单级2K-H直齿行星传动的纯扭转集中参数动力学模型，推导了固有频率对构件的支承刚度、质量、转动惯量以及齿轮啮合刚度等参数的敏感度解析式。 从模态能量角度深入分析了模态跃迁现象对传动特性的影响。 Lin和Parker5系统研究了齿轮质量、转动惯量、啮合刚度、支撑刚度和行星架转速等参数对系统固有频率的影响。 以上研究可以为本次研究提供理论基础。 本次研究建立了风电行星齿轮增速器动力学模型，针对不可调谐系统，分析固有频率对啮合刚度的参数敏感度影响，研究结果对于风电行星齿轮增速器的设计具有一定的参考价值。 1动态模型兆瓦级风电行星齿轮增速器系统如图1所示，内齿圈固定，各行星轮均匀布置，不考虑各个运动构件的横向和纵向位移，仅考虑扭转角位移6。 设系统的广义坐标为 （1）式 （1）中，各旋转构件角位移，和，分别为各构件绕其回转中心的角度和基圆半径，N为行星轮个数。 整个风电行星齿轮增速器运动方程为 （2）式 （2）中M是系统质量矩阵，K是系统刚度矩阵，F是系统激励，C为阻尼矩阵。 2特征值计算忽略阻尼的影响，则系统无阻尼自由振动方程为 （3）公式 （3）的特征方程为， （4）n为特征值，n是固有频率，准n特征向量。 3内外部激励将齿轮啮合刚度按照傅里叶级数展开，得到齿轮副时变啮合刚度K（t）如下 （5）式 （5）中K m为啮合刚度平均值，为啮合频率，各个参数具体含义见文献7。 根据齿轮精度确定传动误差，将传动误差用如下的简谐函数表示 （6）T为啮合周期，e0为啮合刚度均值，e max为传递误差的幅值，为相位角。 基金项目重庆市教育委员会科学技术项目-新型载荷分流式风电增速行星齿轮传动机构动态特性与关键构件应力分析（No.KJ1729401）资助。 作者简介王春光（1978-），男，山东聊城人，教师，副教授，研究方向为智能机电传动装置。 风电行星齿轮增速器的固有频率啮合刚度敏感度分析王春光（重庆电子工程职业学院，重庆401331）摘要针对风电行星齿轮增速器，考虑了内部激励和外部激励的影响，应用集中质量法，建立了风电行星齿轮增速器动力学模型。 对于实际制造过程中产生的不可调谐系统，进行了固有频率对啮合刚度的参数敏感度分析。 结果发现在不可调谐系统中，啮合刚度的变化主要影响固有频率为复根的行星振动模态，并且发生模态跃迁现象。 关键词风电行星齿轮增速器；固有频率；啮合刚度；敏感度图1风电行星齿轮传动结构100万方数据Internal CombustionEngine&Parts采用双参数威布尔分布来模拟风速，其概率密度函数可表示为 （7）k称为形状参数，c称为比例参数。 4啮合刚度敏感度分析在行星轮的制造过程中，存在加工和装配产生的误差，以及太阳轮与行星轮接触齿数的变化等因素，太阳轮和内齿圈与各个行星轮之间啮合刚度是不同的，此时整个行星齿轮传动系统变成了不可调谐系统。 按照文献3中不可调谐系统的方法进行分析。 设太阳轮与某个行星轮啮合刚度K spl可变，与其他行星轮啮合刚度相等，并且不变。 按照协调变形条件，设spnrpn是第n个行星轮分别与太阳轮和内齿圈啮合时沿啮合作用线的弹性变形。 此时系统的质量和刚度矩阵对K spl的导数为， （8）当固有频率为单根时 （9） （10）L是矩阵M，K的行数。 当固有频率为重根时，设1=2，对应的特征矢量=1，2，满足T M=I，令=A，i=a i，i=1，2，A为参数矩阵，i，i=1，2，则为下式的特征矢量5 （11）i，i=1，2为矢量矩阵E的特征值5。 （12）当特征值为复根时，行星轮振动具有如下特点 （13），p m为比例系数 （14）在式 （11）中，矩阵D具有如下的形式 （15）则， （16）5实例分析某1.2兆瓦半直驱风力行星齿轮增速器系统的设计参数如表18。 表1行星传动系统几何参数太阳轮行星轮内齿圈行星架齿数2241104模数11转动惯量kgm2质量kg0.69451571472125啮合角a s=r=20当太阳轮与第一个行星轮啮合刚度k spl在1.0*108到1.0*109之间变化时，固有频率与啮合刚度k spl之间关系曲线如图2所示。 图2固有频率与k spl之间关系曲线在可调谐系统中，第3，4阶固有频率为复根的行星振动模态。 从图2可见的不可调谐系统中，第3，4阶固有频率的振动模态发生改变，尤其第4阶固有频率变化比较大，并且发生了模态跃迁现象。 当内齿圈与第一个行星轮啮合刚度在1.0*108到1.0*1010之间变化时，得到固有频率与啮合刚度k rpl之间关系曲线如图3所示。 图3固有频率与k rpl之间关系曲线从图3可见，在不可调谐系统中，第3，4阶固有频率的振动模态发生了改变，第4阶固有频率变化比较大，并且第3，4阶固有频率发生了模态跃迁现象。 当啮合刚度k spl和啮合刚度k rpl同时在1.0*108到1.0*1010之间发生变化时，得到固有频率与啮合刚度关系曲线如图4所示。 从图4可见，在不可调谐系统中，当k rpl，k spl同时发生变化时，第3，4阶固有频率的振动模态发生了改变，第3阶固有频率变化较大，并且有模态跃迁现象发生。 101万方数据内燃机与配件0引言机械生产走向自动化、智能化以及一体化背景下，数控编码与加工系统需要面向整个零部件加工、质量监测等过程，利用各种技术实现编程与加工一体、制造与测量联动、系统间信息互动，将以往分离的各个生产环节重新并联起来，实现自适应一体化加工、控制和测量。 因此，自适应数控编程与加工系统，要将离散制造业中的工艺设计、生产加工、在线测量与监控等集中在一个原型系统中，以便于按照图纸以及工艺规划，进行加工程序以及测量标准的自动化转变，快速进行零部件的加工与测量，提升机械生产的产品质量以及资源利用效率，减少资源浪费，达到工件生产加工的各项要求。 1自适应数控编程与加工系统的重要性我国机械制造产业要随着经济转型进入集约化、高效和绿色生产阶段，就要摒除传统粗放式的生产模式。 为了提高机械制造的质量以及效率，诸多学者经过漫长的努力，终于将计算机技术以及信息技术等应用到了机械加工和生产过程中，推动机械制造从人工生产逐步走向半自动化、自动化生产。 但自动化生产还不稳定，还需针对数控加工中编程与加工分离和系统间信息阻滞问题展开探究，实现各生产环节之间的一体化以及信息互动，促进数控编程、实时控制以及在线测量一体化，开发出机械制造辅助系统，为机械制造设计一个原型系统，从而实现机械加工生产快速化、高效化。 所以，开发自适应数控编程与加工系统，是机械制造产业再次转型升级的关。 此系统的运行可以有效解决现阶段数控编程与加工所面临的问题，还能实现自动仿形数据采集、自动生产加工和G代码程序功能一体化，促使机械加工制造过程加工更加简单、易操作以及高效率，编制出正确的数控程序，达到数控工艺设计，实现零件完全实现数控加工且符合生产标准和方法。 所以，将自适应数控编程与加工系统应用到实际机械数控编程与加工中，有利于提升产品的生产质量、加快生产速度以及保证生产环节的一体化，推动机械制造加工进入新的发作者简介张勇（1969-），男，山东青岛人，大专，中车青岛四方机车车辆股份有限公司，高级技师，研究方向为数控编程与加工。 自适应数控编程与加工系统的设计与实现张勇（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛266000）摘要自适应数控编程与加工系统设计，需要运用仿形数据采集方法以及自动生成和精加工G代码程序等诸多技术，在工件加工生产前，利用传感器定位样品工件后，依据工件加工程序编码，按照数据点进行自适应数控编程与加工。 本文基于针对整个系统的设计与实现展开综合性分析，为自适应数控编程与加工系统开发与运用制定相应的策略，以实现数控编程与施工控制、在线测量一体化，提升机械生产数控加工质量。 关键词自适应；数控编码加工；系统设计与实现6结论对于风电行星齿轮增速器的不可调谐系统，建立了动态模型，分析了啮合刚度变化对于固有频率的影响，实例分析发现太阳轮与行星轮的啮合刚度，内齿圈与行星轮的啮合刚度都会使固有特性与可调谐系统相比发生很大的改变，尤其是对频率为复根的行星齿轮模态影响较大，产生模态跃迁现象。 参考文献1刘振州.直齿行星传动模态突变现象及非线性动力学研究D.安徽工业大学，xx.2赵永强.舰船用大功率两级串联混合行星传动系统动力学研究D.哈尔滨工业大学，xx.3赵永强，等.舰船用两级行星传动系统的固有频率啮合刚度敏感度分析J.船舶力学.4王世宇，宋轶民，沈兆光，等.行星传动系统的固有特性及模态跃迁研究J.振动工程学报，xx，18 （4）412-417.5Lin J,Parker RGSensitivity ofplaary gearnaturalfrequencies andvibration modesto modelparametersJ.Journal ofSoundand Vibration,1