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含区间不确定性参数的风电齿轮传动系统动力学特性研究

魏莎  
【摘要】:因加工装配误差、材料缺陷和使用磨损等,风电齿轮传动系统参数存在不确定性。随机风速引起的输入载荷不确定性以及时变啮合刚度、齿侧间隙引起的非线性时变内部激励,加之多级增速齿轮传动,导致风电齿轮传动系统的不确定性问题更为突出。因样本信息匮乏且获取成本高昂,传统随机方法和模糊方法难以处理此类不确定性动力学问题。区间方法是一类较新的不确定性分析方法,对样本信息要求低,可以处理样本信息缺乏下的不确定性问题。本文基于区间数学理论,针对风电齿轮传动系统发展了不确定性分析方法,并应用于其非线性动力学特性中的不确定性分析。论文主要工作包括:1)首先将区间数学理论引入到风电齿轮传动系统的不确定性分析中,提出了基于区间的一般齿轮系统不确定性分析方法,将其应用于典型风电纯扭转齿轮系统的不确定性分析,验证了该方法的可行性和有效性。2)考虑风电齿轮传动系统的随机受载特点,将上述齿轮系统区间分析方法进行拓展,用于随机风激励下风电齿轮系统动态响应区间分析。对考虑湍流分量的随机风激励下的一级行星-两级平行齿轮系统,分析了不确定性系统参数对风电齿轮传动系统动态响应特性的影响规律。结果表明:行星级刚度参数的不确定性仅对各传动级动态响应中的行星级啮合频率有影响;中间级和高速级刚度参数的不确定性对中、高速传动级动态响应均有明显影响。3)针对啮合刚度参数激励、齿侧间隙等引起的非线性不确定性动力学问题,提出了区间谐波平衡法,并研究了区间不确定性参数对系统非线性动力学特性的影响规律。结果表明,该方法既保持了区间分析方法的精度,同时有效提高了计算效率。4)试验研究了不同动力学参数存在不确定性时的齿轮系统动态响应特性,并与理论结果进行对比分析,两者得到的系统动态响应规律基本一致。研究成果将对风电装备的性能和可靠性提高具有重要意义。


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