行星傳動齒面磨損與動力學行為互動作用機理研究

《行星傳動齒面磨損與動力學行為互動作用機理研究》是依託福州大學，由張俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：行星傳動齒面磨損與動力學行為互動作用機理研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張俊

項目摘要

齒面磨損和系統振動是引發高端齒輪裝置失效的重要原因。本項目面向新能源行業對長壽命、高可靠性齒輪裝置的需求，以兆瓦級風力機行星齒輪箱為對象，研究並建立計入齒面形貌、輪體柔性和潤滑狀態等因素的單對齒輪副磨損模型，以及綜合考慮齒面磨損、嚙合剛度、構件變形、傳動誤差和系統阻尼等因素的行星輪系剛柔耦合動力學模型，以實現負載工況下的行星傳動齒輪磨損壽命預估和計入齒面磨損效應的系統動態特性評判。在此基礎上，以三維齒面重構和接觸分析為紐帶，以單對齒輪副磨損模型和行星輪系剛柔耦合動力學模型為錨點，建構行星傳動齒面動態磨損計算模型，分析影響齒面磨損量和系統動態特性的主要影響因素，揭示行星輪系中齒面磨損和系統振動之間的互動作用機理，並結合相關實驗研究對所建理論模型進行驗證和修改，在此基礎上形成以齒輪延壽為導向的齒輪齒廓修形和以減振降噪為目標的系統振動抑制的設計理論與方法。

結題摘要

針對大型能源裝備傳動裝置長壽命、低振動和高可靠性的現實需求，以兆瓦級風力機行星齒輪箱為對象，研究齒輪磨損和動力學行為之間的互動作用機理。提出了一種計入齒面微觀形貌的三維齒面重構技術，建立了行星輪系內外嚙合副的三維接觸模型，分析了構件柔性、製造/安裝誤差等因素對輪系嚙合特性如齒面載荷分布和傳遞誤差的影響，為齒面接觸分析提供了數值解決方案。結合Hertz理論和Archard磨損公式，建立了計入齒面形貌、輪體柔性和潤滑狀態等因素的單對齒輪副準靜態磨損模型，分析了載荷參數、齒面偏差和微觀修形等設計量對齒面磨損量的影響，明晰了既定工況下齒輪副的齒面磨損行為。建立了綜合考慮齒面磨損、齒側間隙、構件變形、嚙合剛度、傳動誤差、系統阻尼和陀螺效應等因素的行星輪系剛柔耦合動力學模型，分析了幾何參數、工況參數、構件柔性、齒面摩擦和微觀修形等對系統動態特性的影響，為系統振動抑制提供了依據。將齒輪副準靜態磨損模型與行星輪系動力學模型相結合，構建了行星輪系的動態磨損計算流程，研究了工況參數、設計參數、結構形式和嚙合錯位等對行星輪系中各齒輪齒面磨損行為的影響，揭示了行星輪系中齒面磨損和系統振動之間的互動作用機理。與此同時，通過搭建行星齒輪箱振動測試試驗台和齒輪箱故障模擬試驗台，開展了行星齒輪箱的動力學實驗和磨損實驗，並依據測試結果對所建理論模型進行了驗證和修改。在理論分析和實驗研究基礎上，提出以齒輪強度為約束、以傳遞誤差波動量為指標的風電齒輪箱修形方法，確定既定工況下齒輪修形策略和修形量的選取方法，並進一步以齒輪動態傳遞誤差作為性能指標，開展了風電齒輪箱的修形可靠性研究，對所提修形策略的修形效果進行了評估，最終形成了以齒輪減磨延壽為導向的齒輪修形方法和以減振降噪為目標的設計參數優選方案。