风电偏航减速器行星传动系统优化设计及均载特性研究

【摘要】：风电偏航减速器是风机偏航系统中最主要的零部件之一，其性能直接影响整个机组的运作。考虑到减速器经常受变载荷作用，且处于高空架设不便维护等因素，设计时要求其具有长寿命、高可靠性、体积小、重量轻等特点。国内风机制造商对于高性能偏航减速器主要依赖进口，自主研发生产的偏航减速器仍然不能满足大型风力机组的使用要求，因此，开展偏航减速器传动系统的可靠性优化设计研究和均载特性分析，合理确定传动系统中各项参数的配置，对加快实现风力发电机关键核心技术国产化具有重要意义。 行星齿轮传动因其具有体积小、重量轻、传递效率高和承载能力高等特点，成为立式偏航减速器常用的传动方式之一。本文基于可靠性优化设计理论，将应力、强度等因素视为随机变量，采用分步优化法，分别建立以减速器整体外廓尺寸最小为目标函数的传动比优化分配模型和以单级传动体积最小为目标函数的齿轮参数优化模型；介绍了序列二次规划法(SQP)的算法原理，调用MatLab优化工具箱中的fmincon函数进行编程求解。通过实例证明了文中所介绍的方法可以获得满足给定设计条件的最优方案。 介绍了行星齿轮传动系统的均载原理、意义及实现均载常用的方法；运用集中质量方法，建立单级行星齿轮传动系统的静力学均载分析模型，将齿轮制造、安装误差分别沿外、内啮合线方向当量化，得出当量啮合误差的计算公式；推导了由太阳轮、行星架浮动引起的等效侧隙计算公式，分析了各构件误差对系统均载性能的影响。通过典型算例分析，编写相关Matlab计算程序，得到了太阳轮误差、行星轮误差、内齿圈误差、行星架误差分别对系统均载系数影响的关系曲线和行星轮均载系数函数的幅相频率特性图。 本文工作得到上海市重大技术装备研制专项资助(ZB-ZBYZ-02-11-1253)的支持。 【关键词】：偏航减速器 行星齿轮传动 可靠性优化设计 均载性能
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.2 课题研究目的及意义12
• 1.2 国内外行星齿轮减速器的优化设计研究现状12-14
• 1.3 国内外行星齿轮传动系统均载技术的研究现状14-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-18
• 第2章 偏航减速器行星传动系统可靠性优化设计18-38
• 2.1 风力发电机组偏航减速系统概述18-20
• 2.2 四级 NGW 型行星齿轮传动系统可靠性优化设计20-23
• 2.2.1 行星齿轮系定义及其分类20
• 2.2.2 NGW 型行星齿轮传动系统结构原理及其特点20-23
• 2.3 机械优化设计概述23-25
• 2.3.1 优化设计数学模型简介23-24
• 2.3.2 可靠性优化设计的概念24-25
• 2.4 行星齿轮传动系统总传动比的优化分配25-28
• 2.4.1 设计变量和目标函数的确定25-27
• 2.4.2 约束函数的确定27-28
• 2.5 各单级传动参数可靠性优化设计28-33
• 2.5.1 设计变量和目标函数28-29
• 2.5.2 约束条件29-33
• 2.6 优化计算方法介绍33-34
• 2.7 算例及结果分析34-35
• 2.7.1 应用实例及计算结果34-35
• 2.7.2 结论35
• 2.8 本章小结35-38
• 第3章 偏航减速器四级行星传动系统强度校核38-48
• 3.1 传动系统中齿轮的技术参数38
• 3.2 齿面接触疲劳强度校核计算38-43
• 3.2.1 各系数的确定38-42
• 3.2.2 外啮合齿轮副齿面接触疲劳强度校核42-43
• 3.2.3 内啮合齿轮副齿面接触疲劳强度校核43
• 3.3 齿根弯曲疲劳强度校核43-47
• 3.3.1 各系数的确定44-45
• 3.3.2 齿根弯曲疲劳强度校核45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 偏航减速器行星传动系统静力学均载分析48-66
• 4.1 引言48-51
• 4.1.1 常用均载方法及均载机构的类型48-49
• 4.1.2 均载机理分析及均载机构的选择49-51
• 4.2 累积啮合误差分析及计算51-55
• 4.2.1 行星齿轮传动系统静力学均载分析的物理模型51-52
• 4.2.2 误差沿啮合线的当量化计算52-55
• 4.3 浮动误差的计算55-56
• 4.4 静力学均载系数计算56-58
• 4.5 行星齿轮传动静力学均载计算实例及结果分析58-59
• 4.5.1 第一级行星齿轮传动系统均载系数计算58-59
• 4.6 第一级行星齿轮传动系统静力学均载特性分析59-62
• 4.6.1 误差单独作用对系统均载系数的影响59-60
• 4.6.2 误差单独变化对系统均载系数的影响60-62
• 4.7 频谱分析62-64
• 4.7.1 系统均载系数函数幅频特性分析62-63
• 4.7.2 各行星轮均载系数函数频率特性分析63-64
• 4.8 本章小结64-66
• 第5章 全文总结与展望66-68
• 5.1 主要研究工作与结论66-67
• 5.2 工作展望67-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 附录A74-75
• 附录B75-76
• 附录C76-77
• 附录D77-79
• 附录E79-81
• 附录F81-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文84-85

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