风电增速器参数化设计研究及应用

【摘要】：当今世界经济的现代化在很大程度上受到能源的制约,而国际性的能源危机已经迫在眉睫。因此,清洁、高效、可再生的风能资源越来越受到重视。目前,与之相关的风电技术正处于快速发展的时期,而风电增速器作为风电机组的核心部件,受到了国内外风电相关企业和研究机构的格外关注。特别是随着风电齿轮箱的标准化以及系列化产品设计,建立其参数化设计系统,并在设计阶段对传动系统进行动力学分析以及参数优化设计,综合考虑结构简单、运行可靠等因素,实现对风电增速器快速设计,成为了研究的新趋势。 本研究以NGW和NW两种行星结构的风电增速器为研究对象,构建了风电增速器参数化设计系统。主要研究工作如下： (1)对建立风电增速器参数化设计系统的关键技术进行了深入的研究,包括齿轮、花键参数等关键参数的处理方法、齿轮传动系统动力学基本模型及优化设计方法、基于SolidWorks的二次开发技术、API接口对象函数以及XML数据管理技术。 (2)采用集中参数法建立了两种常用结构(NGW和NW行星结构)的风电齿轮传动系统的动力学模型,考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、支撑轴承刚度及阻尼等因素,导出了系统的振动微分方程；以齿数、模数、螺旋角、齿宽等齿轮的基本参数为设计变量,以传动系统的体积最小为目标,以可靠性和强度为约束条件建立传动系统的优化设计方案。 (3)研究了基于模板、利用SolidWorks API接口对象函数、通过尺寸驱动和程序驱动法建立标准件及非标准件的三维模型参数化设计技术；研究了基于模板的工程图视图比例调整、视图调整、尺寸调整等技术,对实现工程图的自动更新、设计出符合企业要求的工程图有重要的作用。 本研究主要使用的是C#编程语言,辅以Python编程语言,并将XML作为数据存储,建立了界面友好的兆瓦级风电增速器参数化设计系统,对减少设计人员工作量、提高设计效率、保证设计质量具有重要的意义。 【关键词】：风电增速器 动力学分析 优化设计 二次开发 参数化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外相关研究现状10-17
• 1.2.1 风电齿轮箱主流设计技术路线10-14
• 1.2.2 风电增速器传动系统动力学研究现状14-15
• 1.2.3 齿轮传动系统参数优化设计现状15-16
• 1.2.4 参数化设计现状16-17
• 1.3 本论文研究内容17-19
• 2 风电增速器参数化设计相关技术19-34
• 2.1 传动系统主要参数计算及图表处理19-26
• 2.1.1 行星齿轮传动齿数选配计算19-20
• 2.1.2 齿轮强度计算20-21
• 2.1.3 齿轮公差计算21
• 2.1.4 花键参数计算21-25
• 2.1.5 图表处理25-26
• 2.2 齿轮系统动力学及优化设计模型26-29
• 2.2.1 齿轮传动系统振动分析模型26-28
• 2.2.2 优化设计数学模型28-29
• 2.3 基于Python的科学计算29
• 2.4 SolidWorks二次开发技术29-32
• 2.4.1 开发工具及方式30
• 2.4.2 SolidWorks API结构30-32
• 2.5 XML数据管理技术32-33
• 2.5.1 XML简介32
• 2.5.2 XML访问技术32-33
• 2.6 小结33-34
• 3 风电增速器齿轮传动系统动力学模型建立以及优化设计34-56
• 3.1 NGW行星结构风电增速器齿轮传动系统动力学模型34-38
• 3.1.1 风电增速器齿轮传动系统结构34-35
• 3.1.2 齿轮传动系统动力学模型35-36
• 3.1.3 动力学微分方程36-38
• 3.2 NGW行星结构风电增速器齿轮传动系统优化设计38-43
• 3.2.1 行星级传动系统优化设计38-42
• 3.2.2 输出级传动系统优化设计42-43
• 3.3 NW行星结构风电增速器齿轮传动系统动力学模型43-48
• 3.3.1 风电增速器齿轮传动系统结构43-44
• 3.3.2 齿轮传动系统动力学模型44-46
• 3.3.3 动力学微分方程46-48
• 3.4 NW行星结构风电增速器齿轮传动系统优化设计48-54
• 3.4.1 内齿圈行星轮传动系统优化设计48-50
• 3.4.2 太阳轮行星轮传动系统优化设计50-52
• 3.4.3 输出级齿轮传动系统参数优化设计52-54
• 3.5 基于Pyhon的动力学以及优化求解54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 4 基于SolidWorks参数化建模及工程图调整技术56-70
• 4.1 基于特征的参数化建模技术56-62
• 4.1.1 基于特征的建模技术56
• 4.1.2 参数化设计方法56-57
• 4.1.3 参数化建模实现过程57-62
• 4.2 工程图自动生成及调整技术62-69
• 4.2.1 工程图自动生成62-63
• 4.2.2 工程图视图调整63-65
• 4.2.3 工程图尺寸调整65-67
• 4.2.4 工程图注解调整及属性设置67-69
• 4.3 本章小结69-70
• 5 风电增速器传动系统参数化设计系统开发与实现70-86
• 5.1 系统规划及工作流程70-72
• 5.1.1 系统结构功能划分70-71
• 5.1.2 系统开发环境71
• 5.1.3 系统的工作流程71-72
• 5.2 系统的运行实例及主要界面72-85
• 5.2.1 齿轮传动系统基本参数计算73-76
• 5.2.2 齿轮传动系统动力学分析及参数优化设计76-80
• 5.2.3 齿轮传动系统零件参数化建模及其工程图生成80-84
• 5.2.4 其他模块84-85
• 5.3 本章小结85-86
• 结论86-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况90-91
• 致谢91-92

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