本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模與仿真方法。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)能源的日益消耗和環(huán)境的逐漸惡化，人們都在開發(fā)能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，并不會對環(huán)境造成影響的新型環(huán)保能源，其中風能和太陽能是目前最受關(guān)注的新型能源，風力發(fā)電技術(shù)和太陽能發(fā)電技術(shù)也是目前發(fā)展最快的新能源技術(shù)。
風力發(fā)電需要用到風機，風機齒輪箱用于實現(xiàn)整個風機傳動系統(tǒng)的動力匹配和扭矩振動，是整個風機中重要的組成部分。由于風機長時間處于野外無人值守的狀態(tài)，所以保證風機齒輪箱在復(fù)雜的工況下長期并可靠的運行非常重要。
為了保證風機齒輪箱運行的可靠性，需要對其進行動力學(xué)實驗，但是由于受到實驗條件等因素的限制，對真是的風機齒輪箱進行動力學(xué)分析不僅成本比較高，而且對于部分工況無法進行分析，因此目前多采用多體仿真的方法構(gòu)建風機齒輪箱模型，并對其施加不同載荷和約束，從而得到風機齒輪箱的各種相關(guān)特征參數(shù)，為其優(yōu)化提供參考。
由于風機齒輪箱的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，目前在建立其柔性體模型的過程中往往存在重復(fù)建模的現(xiàn)象，并且出現(xiàn)錯誤時也很難檢查出來，所以建模需要花費大量的時間，周期比較長，效率比較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模與仿真方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對風機齒輪箱建模時周期過長的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模方法，包括如下步驟：
(1)建立風機齒輪箱的實體模型，將該實體模型導(dǎo)入動力學(xué)分析軟件，設(shè)置風機齒輪箱各部件的物理屬性；
(2)依據(jù)風機齒輪箱的拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)置風機齒輪箱模型中各部件之間的連接關(guān)系，得到風機齒輪箱的剛體模型；
(3)對風機齒輪箱軸系部件進行有限元分析，得到其柔性體模型；
(4)將風機齒輪箱軸系的柔性體模型導(dǎo)入風機齒輪箱的剛體模型，替換相應(yīng)的軸系部件，形成風機齒輪箱的柔性體模型。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先建立風機齒輪箱的剛體模型，再將風機齒輪箱軸系的柔性體模型導(dǎo)入其中，建立風機齒輪箱的柔性體模型。由于風機齒輪箱的剛體模型在計算時對系統(tǒng)資源的要求較少，所以可以快速檢查模型，節(jié)省建模時間，提供建模效率。
進一步的，建立風機齒輪箱的剛體模型后，對其進行在線時間積分，檢查其中是否存在錯誤。
對剛體模型進行檢查，保證模型的可靠性。
進一步的，所述風機齒輪箱的柔性體模型包括風機齒輪箱中的主軸、一級太陽輪輪軸、二級太陽輪輪軸和高速級輸出軸。
進一步的，所述風機齒輪箱柔性體模型中的軸承采用fe41號力元模擬。
由于fe41號力元能夠輸入軸承的剛度矩陣，所以風機齒輪箱的軸承采用fe41號力元進行模擬。
進一步的，所述風機齒輪箱柔性體模型中的齒輪嚙合使用fe225號力來模擬。
進一步的，三級大齒輪和所述風機齒輪箱柔性體模型中的二級太陽輪輪軸之間的花鍵采用fe242號力元模擬。
一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的仿真方法，包括如下步驟：
(1)建立風機齒輪箱的實體模型，將該實體模型導(dǎo)入動力學(xué)分析軟件，設(shè)置風機齒輪箱各部件的物理屬性；
(2)依據(jù)風機齒輪箱的拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)置風機齒輪箱模型中各部件之間的連接關(guān)系，得到風機齒輪箱的剛體模型；
(3)對風機齒輪箱軸系部件進行有限元分析，得到其柔性體模型；
(4)將風機齒輪箱軸系的柔性體模型導(dǎo)入風機齒輪箱的剛體模型，替換相應(yīng)的軸系部件，形成風機齒輪箱的柔性體模型；
(5)對風機齒輪箱的柔性體模型靜平衡計算，之后在風機齒輪箱柔性體模型的輸入端施加兩個不同的扭矩，分別得到高速軸處相應(yīng)的扭角，利用扭角的差值計算出風機齒輪軸的扭轉(zhuǎn)剛度。
進一步的，還包括如下步驟：計算風機齒輪箱柔性體模型在切入、額定、切出工況下的動平衡，之后對上述三種工況進行模態(tài)計算，得到風機齒輪箱的固有頻率和模態(tài)能量分布。
進一步的，還包括如下步驟：在風機齒輪箱柔性體模型中主軸輸入端輸入不同工況下的載荷，得到齒輪箱各部件的動態(tài)響應(yīng)。
本發(fā)明提供的一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的仿真方法，增加了齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的計算方法，齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度可為載荷計算提供依據(jù)，有利于精準計算載荷。
附圖說明
圖1為建模實施例所提供的風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模方法的流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的目的在于提供一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模與仿真方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對風機齒輪箱建模時周期過長的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
一種風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模方法，包括如下步驟：
(1)建立風機齒輪箱的實體模型，將該實體模型導(dǎo)入動力學(xué)分析軟件，設(shè)置風機齒輪箱各部件的物理屬性；
(2)依據(jù)風機齒輪箱的拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)置風機齒輪箱模型中各部件之間的連接關(guān)系，得到風機齒輪箱的剛體模型；
(3)對風機齒輪箱軸系部件進行有限元分析，得到其柔性體模型；
(4)將風機齒輪箱軸系的柔性體模型導(dǎo)入風機齒輪箱的剛體模型，替換相應(yīng)的軸系部件，形成風機齒輪箱的柔性體模型。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先建立風機齒輪箱的剛體模型，再將風機齒輪箱軸系的柔性體模型導(dǎo)入其中，建立風機齒輪箱的柔性體模型。由于風機齒輪箱的剛體模型在計算時對系統(tǒng)資源的要求較少，所以可以快速檢查模型，節(jié)省建模時間，提供建模效率。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。
建模方法實施例：
本發(fā)明的風機齒輪箱動力學(xué)模型的建模方法的具體實施例，采用simpack軟件建模，其流程如圖1所示，具體步驟如下：
(1)繪制風機齒輪箱的拓撲結(jié)構(gòu)圖；本實施例中的風機齒輪箱為2級行星+1級平行結(jié)構(gòu)；
(2)使用cad軟件建立風機齒輪箱的實體模型；本實施例中的風機齒輪箱模型為6自由度模型；
(3)將風機齒輪箱的實體模型導(dǎo)入動力學(xué)軟件；
(4)定義各部件的物理屬性；
(5)依據(jù)風機齒輪箱的拓撲結(jié)構(gòu)，定義風機齒輪箱中各部件之間的連接關(guān)系，形成風機齒輪箱的剛體模型；
(6)對上述風機齒輪箱的剛體模型進行在線時間積分，如果可以順利進行在線積分計算，說明模型正常，如果不能進行在線積分計算，說明模型存在錯誤，需要對模型進行仔細檢查，并予以修改；
(7)在有限元分析軟件中對風機齒輪箱軸系部件進行結(jié)構(gòu)分析，得到風機齒輪箱軸系部件的柔性體模型；
風機的齒輪箱軸系部件包括主軸、一級太陽輪輪軸、二級太陽輪輪軸和高速級輸出軸；
軸承使用fe41號力元來模擬，該力元可輸入軸承的剛度矩陣；
齒輪嚙合使用fe225號力元來模擬；
二級太陽輪輪軸與三級大齒輪之間的花鍵使用fe242號力元來模擬；
(8)將風機齒輪箱系柔性體部件導(dǎo)入上述風機齒輪箱的剛體模型中，替換相應(yīng)的部件，形成風機齒輪箱的柔性體模型。
作為其他實施方式，風機齒輪箱柔性體模型中的設(shè)備和設(shè)備之間的連接關(guān)系，可以采用其它的模擬單元進行模擬。
仿真方法實施例：
按照上述建模方法實施例建立風機齒輪箱的柔性體模型，然后對建立好的風機齒輪箱柔性體進行仿真，得到其動力學(xué)數(shù)據(jù)，即風機齒輪箱柔性體模型在不同工況下的振動響應(yīng)，計算方法如下：
(1)對風機齒輪箱的柔性體模型靜平衡計算，之后在風機齒輪箱柔性體模型的輸入端施加兩個不同的扭矩，分別得到高速軸處相應(yīng)的扭角，利用扭角的差值計算出風機齒輪軸的扭轉(zhuǎn)剛度，為載荷計算提供依據(jù)；
(2)計算風機齒輪箱柔性體模型在切入、額定、切出工況下的動平衡，之后對上述三種工況進行模態(tài)計算，得到風機齒輪箱的固有頻率和模態(tài)能量分布，對風機齒輪箱的動力學(xué)性能進行評價；
(3)在風機齒輪箱柔性體模型中主軸輸入端輸入不同工況下的載荷，得到齒輪箱各部件的動態(tài)響應(yīng)，為風機齒輪箱的優(yōu)化和軸承選型提供依據(jù)。
以上給出了本發(fā)明涉及的具體實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術(shù)手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。