一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法技术

本发明专利技术提供一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，包括：获取修正后的滑动轴承油膜力并输入到行星轮与销轴耦合模型中，对行星轮系部件之间进行受力分析，得到太阳轮

【技术实现步骤摘要】
一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法
。

技术介绍

[0002]风电机组是规模化开发风能资源的重大工程装备，风电齿轮箱传动系统则是风电机组中传递力与运动的关键传动装置
。
目前，兆瓦级超大功率风电机组的应用日趋广泛；对于超大功率的风电机组风，其齿轮箱传动系统如果采用滚动轴承，不仅会使轴承径向尺寸过大，增大风电齿轮箱故障失效率，还将增加风电齿轮箱成本，严重制约其性价比
。
而采用滑动轴承，会对风电齿轮箱扭矩密度
、
均载以及行星轮振动响应产生显著影响，因此开展滑动轴承
‑
齿轮系统动力学研究，对兆瓦级超大功率机组的风电齿轮箱设计具有重要指导意义
。
[0003]目前滑动轴承
‑
齿轮系统动力学可以大致划分为简化滑动轴承油膜力模型和非线性油膜力模型
。
对于简化滑动轴承油膜力模型，该模型在计算时未考虑滑动轴承刚度阻尼系数的时变性，忽略了平衡位置偏心量对系统的影响，导致简化模型无法完全反应滑动轴承油膜反力，带来较大误差
。
而对于非线性滑动轴承油膜力模型，该模型在计算时需要在每个时间步求解瞬态雷诺方程，虽然计算结果比较精确，但是这会导致计算时间过长
、
效率低
。
[0004]因此，现在亟需一种高效且高精度的风电齿轮箱滑动轴承
‑r/>齿轮系统动力学建模方法
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，以改善现有技术中存在的简化滑动轴承油膜力模型计算精度较低
、
非线性油膜力模型计算效率低的技术问题
。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，包括：
[0008]获取修正后的滑动轴承油膜力；
[0009]将修正后的滑动轴承油膜力输入到行星轮与销轴耦合模型中，对行星轮系部件之间进行受力分析，得到太阳轮
、
内齿圈
、
行星架和行星轮节点自由度及其耦合关系；
[0010]对行星架有限元模型和内齿圈有限元模型进行子结构缩聚，得到缩聚后行星架和内齿圈动力学方程；
[0011]建立行星轮系啮合单元模型，得到太阳轮和行星轮之间的啮合向量，以及内齿圈和行星轮之间的啮合向量；
[0012]根据缩聚后行星架和内齿圈动力学方程，太阳轮和行星轮之间的啮合向量，内齿
圈和行星轮之间的啮合向量，以及太阳轮
、
内齿圈
、
行星架和行星轮节点自由度及其耦合关系，建立行星轮系动力学模型
。
[0013]进一步的，获取修正后的滑动轴承油膜力，包括：
[0014]获取滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数；
[0015]根据滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数计算滑动轴承油膜力；
[0016]基于滑动轴承油膜力，结合修正力方程和滑动轴承负载，根据滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数求得修正后的滑动轴承油膜力
。
[0017]进一步的，获取滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数，包括：
[0018]根据行星架销轴和行星轮内孔的相对运动求解滑动轴承响应，建立滑动轴承雷诺方程；
[0019]对滑动轴承雷诺方程进行无量纲处理得到滑动轴承无量纲雷诺方程；
[0020]根据无量纲雷诺方程公式通过压力扰动法得到扰动雷诺方程组；
[0021]根据扰动雷诺方程组通过有限差分法求解得到滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数
。
[0022]进一步的，基于滑动轴承雷诺方程，考虑油膜刚度阻尼的时变性与滑动轴承偏心对齿轮啮合的影响，构建修正力方程
。
[0023]进一步的，根据输入扭矩计算滑动轴承负载
。
[0024]进一步的，行星轮系动力学模型如下：
[0025][0026]在上式中，
X
为全局坐标系下的广义位移向量，为广义位移向量对时间的二阶导和一阶导，
M
lp
为集中质量矩阵，
M
Con
为柔性体缩聚质量矩阵，
K
b
是滚动支撑刚度矩阵
,K
m
是啮合刚度矩阵
,K
Con
是柔性体缩聚刚度矩阵，
C
b
是滚动轴承支撑阻尼矩阵，
C
m
是啮合阻尼矩阵
,C
Con
是柔性体缩聚阻尼矩阵，
F
是外载矩阵，
F
jb
′
是滑动轴承油膜力矩阵
。
[0027]进一步的，修正后的滑动轴承油膜力，按下式计算：
[0028][0029]在上式中，
F
jb
′
为修正后的滑动轴承油膜力，为根据啮合力计算的滑动轴承时变刚度，为根据啮合力计算的滑动轴承时变阻尼；
f
x
表示
x
方向的修正力，
f
x
表示
y
方向的修正力，
X、Y
为滑动轴承整体偏心量，为滑动轴承整体偏心量的一阶导
。
[0030]进一步的，
x
方向的修正力
f
x
，
y
方向的修正力
f
y
，按下式计算：
[0031][0032]在上式中，
k
0xx
、k
0xy
、k
0yx
、k
0yy
表示在滑动轴承负载为
F0下计算的刚度；
x0、y0表示在滑动轴承负载为
F0下计算的轴心位置；
F
0x
、F
0y
分别表示
x、y
方向上的滑动轴承负载
。
[0033]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0034]建立了基于线性的滑动轴承油膜力模型，在建模过程中提出了修正力，在求解时
直接计算出偏向量与扰动量，可极大降低计算成本；
[0035]在进行滑动轴承建模的过程中考虑了考虑油膜刚度阻尼的时变性与滑动轴承偏心对齿轮啮合的影响，最大程度的提高了模型响应的准确性
。
[0036]第二方面，提供了一种电子设备，包括：
[0037]一个或多个处理器；
[0038]存储装置，用于存储一个或多个程序；
[0039]当一个或多个程序被一个或多个处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，包括：获取修正后的滑动轴承油膜力；将修正后的滑动轴承油膜力输入到行星轮与销轴耦合模型中，对行星轮系部件之间进行受力分析，得到太阳轮
、
内齿圈
、
行星架和行星轮节点自由度及其耦合关系；对行星架有限元模型和内齿圈有限元模型进行子结构缩聚，得到缩聚后行星架和内齿圈动力学方程；建立行星轮系啮合单元模型，得到太阳轮和行星轮之间的啮合向量，以及内齿圈和行星轮之间的啮合向量；根据缩聚后行星架和内齿圈动力学方程，太阳轮和行星轮之间的啮合向量，内齿圈和行星轮之间的啮合向量，以及太阳轮
、
内齿圈
、
行星架和行星轮节点自由度及其耦合关系，建立行星轮系动力学模型
。2.
根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，获取修正后的滑动轴承油膜力，包括：获取滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数；根据滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数计算滑动轴承油膜力；基于滑动轴承油膜力，结合修正力方程和滑动轴承负载，根据滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数求得修正后的滑动轴承油膜力
。3.
根据权利要求2所述的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，获取滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数，包括：根据行星架销轴和行星轮内孔的相对运动求解滑动轴承响应，建立滑动轴承雷诺方程；对滑动轴承雷诺方程进行无量纲处理得到滑动轴承无量纲雷诺方程；根据无量纲雷诺方程公式通过压力扰动法得到扰动雷诺方程组；根据扰动雷诺方程组通过有限差分法求解得到滑动轴承的时变刚度系数和时变阻尼系数
。4.
根据权利要求3所述的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，基于滑动轴承雷诺方程，考虑油膜刚度阻尼的时变性与滑动轴承偏心对齿轮啮合的影响，构建修正力方程
。5.
根据权利要求2所述的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，根据输入扭矩计算滑动轴承负载
。6.
根据权利要求1所述的风电齿轮箱行星轮系动力学建模方法，其特征在于，所述行星轮系动力学模型如下：在上式中，
X
为全局坐标系下的广义位移向量，为广义位移向量对时间的二阶导和一阶导，
M
lp
为集中质量矩阵，
M
Con
为柔性体缩聚质量矩阵，
K
b
是滚动支撑刚度矩阵

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建军，费文军，唐浩，李浩，朱才朝，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：