以风电增速斜齿轮行星轮系为研究对象,运用非线性动力学理论和数值分析法计算齿根裂纹故障时斜齿轮副的时变啮合刚度。建立不同程度的齿根裂纹并分析其对斜齿轮时变啮合刚度的影响。经研究斜齿轮齿根裂纹分为贯穿性与非贯穿型,贯穿型裂纹在深度方向上用抛物线形式进行啮合,贯穿整个齿宽;非贯穿型裂纹在深度和齿宽方向上分别用抛物线拟合。共建立二十种不同形状的斜齿轮齿根裂纹。用刚度劣化率定量分析不同程度齿根裂纹对斜齿轮副啮合刚度的影响。分析表明无裂纹斜齿轮副啮合时,时变啮合刚度是高低循环变化的,在高低变化之间刚度是线性递变。贯穿型裂纹比非贯穿型裂纹啮合刚度劣化更明显,单齿啮合时刚度劣化更为明显。裂纹在深度方向与宽度方向上延长相同百分比时,宽度方向上刚度劣化更明显。

探究了含三维裂纹斜齿轮应力强度因子及J积分在不同初始裂纹参数条件下的数值曲线分布规律。运用有限元软件对含初始裂纹的斜齿轮进行了数值分析,模拟求解齿根椭圆形裂纹尖端3种类型的应力强度因子及J积分,分析了3种应力强度因子与J积分随裂纹长度、裂纹角度、裂纹位子等初始裂纹参数的变化规律。研究表明,改变不同的初始裂纹参数数据时,所的对应的3种应力强度因子与J积分的曲线图有着很明显的变化规律。

为了准确评估风力发电机行星轮系在实际工况下的疲劳寿命,以1. 5 MW风机2K-H斜齿行星轮系为研究对象,通过建立精确的三维几何模型,采用Hyper Mesh有限元六面体网格和瞬态动力学分析,得到行星轮系啮合的应力历程及应力结构响应,并结合n Code Design Life进行疲劳分析。结果表明,行星轮系在啮合过程中会出现偏载现象,应力集中在太阳轮与行星轮接触处;疲劳破坏集中在行星轮与齿圈接触处;齿面粗糙度在1~2μm范围时,疲劳寿命随着粗糙度的增加而降低。

为了快速准确地评估风电机组行星轮系疲劳寿命,根据行星轮系输入转矩与风速的分布关系,编制了不同风速下对应的二参数威布尔随机载荷谱,并用雨流计数法对载荷谱进行统计处理;在ANSYS中对行星轮轮系进行有限元分析,得到齿轮结构应力响应;依据Minner线性累积损伤理论,结合nCodeDesignLife对行星轮系进行疲劳寿命估算。着重分析了风电机组在启动风速、额定风速及年平均风速工况下的行星轮系疲劳寿命,获得各齿轮疲劳损伤状况,为风电机组行星轮系疲劳强度设计提供理论依据。

为研究机械密封腔内混有固体颗粒的流体,在复杂工况下对密封腔壁面及波纹管表面冲蚀的影响,以CFD理论及方法,采用k-ε湍流模型和离散项DPM模型,对固液混合流场进行模拟分析,获得密封腔内流体中介质作用下密封腔壁面及波纹管外表面的压力场分布,分析不同工作状态下固体颗粒作用下密封腔内壁和波纹管外表面的冲蚀区域分布、固体颗粒在流场中的运动轨迹,以及机械密封工作过程中流场内固体颗粒的逃逸量、运动状态的变化。结果表明粒子主要受颗粒阻力、浮重力、压力梯度力及波纹管和密封腔表面反作用力的影响;在旋转流场中,粒子作与旋转方向一致的螺旋方式前进;无转速时,冲蚀多发生在靠近入口处的波纹管外表面,旋转流场中,冲蚀多发生在密封腔靠后位置的壁面;随着转速增加,粒子逃逸率下降。研究结论为机械密封腔的设计布局及机械密封装...

针对机械密封在高参数复杂工况下易磨损、易泄露等缺点,选取内圆弧槽机械密封动静环为研究对象,利用耦合梯度迭代的方法对密封副的压力场和热力场分别进行仿真计算。结果表明：转速越高,机械密封端面流场的动压效应越明显;内圆弧槽区流入流体的一端的温度明显低于槽区排出流体的一端,而且流入流体一端是整个槽区温度最低的集中区域;圆弧槽密封副动环端面热应变和热应力变化明显,而且接触面是整个密封副耦合效应最明显的区域。研究结果为以后研制新型槽型奠定基础。