风电机组齿轮箱传动系统建模与动力学特性仿真分析
V ol 35No.3
Jun.2015
噪
声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第35卷第3期2015年6月
文章编号：1006-1355(2015)03-0092-06
风电机组齿轮箱传动系统建模与动力学特性
仿真分析
董
健，胡
亮，程志学，柳亦兵
（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206）
摘要：针对目前风电机组常见的两级行星轮系加一级平行轴传动的齿轮箱结构，建立其传动系统虚拟样机模型。基于Hertz 弹性接触理论建立仿真齿轮啮合刚度计算公式；借助ADAMS 动力学分析软件，对轮齿动态啮合力进行仿真，研究轮齿啮合力在齿轮转动过程中的变化规律；将输出级小齿轮柔性化，建立传动系统的刚柔耦合模型，分析仿真过程中输出级小齿轮的应力变化。利用ADAMS 对复杂齿轮箱传动系统进行动力学建模与仿真取得很好的效果，为传动系统的动态设计及优化提供依据。
关键词：振动与波；齿轮箱；虚拟样机；动力学分析；动态响应中图分类号：TH113；TH132.4
文献标识码：A
DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.03.020
Modeling and Dynamic Simulation Analysis of Wind Turbine
Gearbox Transmission System
DONG
Jian ,HU
Liang ,CHENG Zhi-xue ,LIU Yi-bing
（School of Energy,Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,
Beijing 102206,China )
Abstract :Virtual prototype model of the drive system of a wind turbine generator with a common gearbox of two-stage planetary and one-stage parallel shaft gear transmission was built.Based on the Hertz elastic contact theory,the formula of gear mesh stiffness was established.By means of the dynamics analysis software ADAMS,the dynamic performance of the gear meshing was simulated and the meshing force was obtained.Then,the rigid-flexible model of the transmission system with a flexible output-stage pinion was established,and the stress variation of the pinion was analyzed.It is shown that the method of using ADAMS for dynamic simulation and modeling of complicated gear transmission system is very effective.The simulation results can provide some useful reference for gearbox optimal design.
Key words :vibration and wave ;gearbox ;virtual prototype ;dynamic analysis ;dynamic response
风电机组齿轮箱作为风电机组中的重要组成部分，其主要功能是传递扭矩和升速。行星齿轮传动由于其结构紧凑、传动比大、传动平稳等优点，被广泛用于机械传动的各个领域。风电机组齿轮箱传动系统多采用行星齿轮加平行轴齿轮复合传动的形式。国内外学者对齿轮箱做了大量研究。李润方、王建军等在文献[1]中系统的阐述了齿轮系统动力学的基本理论及分析方法。陈裴等[2]基于ADAMS 多体动力学仿真软件，对行星齿轮进行刚柔耦合仿真，
收稿日期：2014－12－12
作者简介：董健（1982－），男，博士生，主要研究方向：机械系
统动力学特性分析。E-mail:dongjian@https://www.wendangku.net/doc/3f7325286.html,
分析了太阳轮发生故障后的动力学响应。朱才朝等[3]在考虑齿轮系统时变刚度、齿侧间隙和制造误差的基础上，建立了具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮—传动轴—箱体系统耦合非线性动力学模型，在考虑系统内部激励的情况下对整个耦合系统动态特性进行了研究。Gang Liu ，Robert G.Parker 等[4]考虑齿轮副摩擦力及其弯曲效应，对单齿轮副的动态特性进行了分析。Woohyung Kim 等在文献[5]中分析了由轴承变形引起的齿轮时变压力角及重合度对行星齿轮动态响应的影响。刘振皓、巫世晶等[6]以ADAMS 软件为平台建立了复合行星齿轮传动系统的虚拟样机模型，对其动力学特性进行仿真研究，为改善系统动力学特性及实现系统的动态设计提供依据。李兴然等[7]利用Pro/E 软