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兆瓦级风力机齿轮传动系统动力学分析与优化
秦大同,古西国,王建宏,刘建国
作者单位
秦大同 重庆大学 机械传动国家重点实验室重庆400030 
古西国 重庆大学 机械传动国家重点实验室重庆400030 
王建宏 重庆大学 机械传动国家重点实验室重庆400030 
刘建国 南京高速齿轮制造有限公司江苏 南京210000 
摘要:
对1.5 MW风力发电机齿轮箱传动系统进行耦合振动分析,建立了风力机增速箱齿轮传动系统的扭转振动模型。利用4阶Runge Kutta法计算了系统在风载、轮齿时变啮合刚度和系统阻尼共同作用下的动态响应,并利用谐波平衡法求出了系统的解析解,从而得到了优化设计目标函数的解析表达式。在此基础上,建立了以行星轮扭转振动加速度幅值最小和传动系统总质量最轻为目标的优化设计数学模型,利用MATLAB优化工具箱进行优化求解。实例计算表明,优化设计后传动系统的低阶固有频率明显提高,动态性能明显改善,重量减轻。
关键词:  风力发电机  传动系统  扭转振动  动态响应  优化设计
DOI:10.11835/j.issn.1000-582X.2009.04.009
分类号:
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675231);国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAF01B07 01)
Dynamic analysis and optimization of gear trains in a megawatt level wind turbine
QIN Da tong,GU Xi guo,WANG Jian hong,LIU Jian guo
Abstract:
Through coupling vibration analysis of the transmission system of a 1.5 MW wind turbine gearbox, a torsional vibration model of a gear drive system in wind turbines is established. The fourth order Runge Kutta integration method is applied to calculate the dynamic response of a gear system caused by wind loads, time varying meshing stiffness, and system damping. The harmonic balance method is used to find the analytic solution. Based on the solution, a mathematical model for optimum gear system design is established. The model aims at minimizing the vibration acceleration of the planet gear and the total mass of the gear transmission system. The optimization toolbox in MATLAB program is adopted to obtain the optimal solution. A calculated example shows that the primary natural frequency of the gear system has been raised, the dynamic properties of the gear train have been improved remarkably, and the total mass of the gear train has been decreased.
Key words:  wind driven generator  gear train  torsional vibration  dynamic response  optimum design
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