基于非对称齿行星传动的风电齿轮箱研究

【摘要】：随着风力发电技术的发展,大功率风力发电机的设计越来越受到青睐。风电齿轮箱作为风力发电机的核心部件,其行星传动结构的设计尤为重要。目前风电齿轮箱中的行星传动结构大多为满足2-3MW的结构,距离实现国家“十二五”规划在大功率风电设备设计制造方面的规划目标：突破10MW级海上风电机组整机和零部件设计有很大距离。同时应用在齿轮箱中的齿轮存在着振动噪声大、受力变形大以及重量大等缺点,而且齿轮参数不一定是行星传动中最优的参数,也没有对传动结构进行参数化建模装配。针对以上出现的问题,本文通过对非对称渐开线齿轮的设计理论、风电齿轮箱行星传动结构设计以及参数优化等知识的研究,基于理论分析及有限元分析,对非对称齿应用于风电齿轮箱行星传动进行了深入分析,主要工作如下： 确定风电齿轮箱行星传动的主要设计参数,通过对功率分流型、串联传动、普通行星传动三种传动结构的预设计,对比它们的传动效率及重量,确定了设计结构紧凑、效率高、功重比高、承载能力强10MW的功率分流型行星传动结构。 在风电齿轮箱行星齿轮设计中,引进了一种新型的非对称渐开线齿轮,该新型齿轮能够提高承载能力、改善齿面润滑情况,减少齿轮的重量和尺寸,降低齿轮的振动和噪声。本文在研究非对称渐开线齿轮形成原理的基础上,基于PROE对非对称渐开线齿轮进行了参数化建模,同时,对基于非对称齿行星传动齿轮箱进行了参数化装配。 在参数化模型的基础上,基于ANSYS WORKBENCH对非对称齿风电齿轮箱各接触齿对进行了接触应力和弯曲应力有限元分析,与理论分析应力值进行了对比研究,验证了限元分析计算的正确性,并进一步对比研究了非对称齿和对称齿风电齿轮箱的承载能力,得出了采用非对称齿的风电齿轮箱行星传动可以大大改善传动效果。 为寻找出最优的非对称齿形角,以非对称齿风电齿轮箱最大等效应力为优化目标,非对称齿形角为设计变量,利用离散参数优化的方法对风电齿轮箱进行了优化获得了最优的非对称齿形角。 【关键词】：风电齿轮箱 行星传动 功率分流 非对称渐开线齿轮 参数化建模 参数优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TH132.41
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 非对称渐开线齿轮的国内外研究现状12-14
• 1.2 大功率风电齿轮箱行星齿轮传动的国内外现状14-15
• 1.3 风电齿轮箱传动系统应力分析及优化现状15-16
• 1.4 本论文的主要研究内容16-17
• 第2章 基于非对称齿行星传动的风电齿轮箱结构设计17-31
• 2.1 风电齿轮箱设计参数的确定17-18
• 2.2 风电齿轮箱行星传动参数设计18-24
• 2.2.1 行星轮个数的选择20-21
• 2.2.2 模数粗选21-22
• 2.2.3 行星传动齿轮校核22-24
• 2.3 齿轮几何参数计算24-27
• 2.3.1 齿轮材料的确定24-25
• 2.3.2 轴承选择25-27
• 2.4 效率、质量对比确定传动方案27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 非对称渐开线齿轮的设计理论及其参数化建模31-47
• 3.1 非对称渐开线齿轮的主要参数及齿廓方程31-38
• 3.1.1 非对称渐开线齿轮基本参数31-34
• 3.1.2 非对称渐开线齿轮的齿面方程34-38
• 3.2 基于PROE的非对称渐开线齿轮参数化建模38-43
• 3.2.1 PROE概述38
• 3.2.2 非对称渐开线齿轮参数化模型建立38-43
• 3.3 行星传动结构参数化装配43-46
• 3.3.1 装配方法43
• 3.3.2 行星传动结构的参数化装配43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 基于ANSYS WORKBENCH的接触与弯曲应力分析47-63
• 4.1 ANSYS WORKBENCH概述47
• 4.2 有限元法与非对称渐开线齿轮接触、弯曲应力理论47-50
• 4.2.1 有限单元法47-49
• 4.2.2 非对称渐开线齿轮接触、弯曲理论49-50
• 4.3 行星传动结构齿轮承载力WORKBENCH分析50-56
• 4.3.1 模型导入51-52
• 4.3.2 定义材料属性52
• 4.3.3 接触对的设置52-54
• 4.3.4 网格划分54-56
• 4.3.5 约束加载56
• 4.4 非对称齿传动与标准渐开线齿轮传动应力对比分析56-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 基于非对称齿行星传动的风电齿轮箱参数优化63-71
• 5.1 机械优化设计63-65
• 5.1.1 设计变量63-64
• 5.1.2 目标函数64-65
• 5.1.3 约束条件65
• 5.2 多目标驱动结构参数优化设计65
• 5.3 优化结果分析65-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 学位论文评阅及答辩情况表78

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

非对称渐开线齿轮齿根弯曲应力的计算分析    吴忠

基于Workbench的圆锥直齿轮静接触应力分析    吴文秀;刘威;周丰;何志辉;

非对称齿齿轮泵非对称齿轮公法线的测量    陈天旗,高鹏,刘元伟

风力发电机齿轮传动系统的动态优化设计    张庆伟;张博;王建宏;秦大同;

渐开线行星轮系参数优选及可靠性优化设计    尹力

基于Matlab的两级星型齿轮传动的优化设计    鲍和云,朱如鹏

基于Workbench驱动桥壳的强度分析和优化设计    邓震;姜武华;黄新林;

有限元网格划分的基本原则    杜平安

基于Pro/E的渐开线齿轮参数化设计    刘海芳

大型风力发电机组关键部件的有限元分析    尹鹏;杨明川;王春秀;

非对称齿廓在渐开线塑料齿轮中的应用    郝瑞贤;李威;李元宗;

十吨级双级减速桥轮边减速系统的匹配设计    陈照军;徐爱娟;陈满红;杨美兰;

履带式挖掘机NGW-L22-5A回转减速机的技术特点及产品开发    姚爱民;

优化方法分析少齿差传动啮入前的齿侧间隙    许春田;唐萍;

少齿差传动啮出后齿侧间隙的优化    宗旭;许春田;唐萍;

滚刀刀顶设计及对齿根弯曲强度的影响    孙波;

CK518数控立式车床进给系统的优化设计分析    路君勇;魏冰阳;

履带车辆电磁悬挂增速机构的研究    张春生;马国新;

以提高轴承寿命为目的的行星排中心论位置的优化设计    李洪武;胡培林;陈艳清;

基于遗传算法的汽车悬置系统优化软件开发    侯勇;赵涛;

闭式节流制冷器的研制分析    杨海明;陈恒良;朱魁章;杜文飞;

风电齿轮箱振动信号的倒频谱分析    滕伟;武鑫;高青风;柳亦兵;

刮板输送机轴套结构有限元分析及参数优化    贾海朋;刘博;郄彦辉;刘波;

结构优化设计课程教学内容改革初探    白新理;张多新;吴泽玉;杨开云;何伟;

基于共轭齿廓高阶接触啮合条件媒介齿形的研究    姜永军;

数控机床主轴结构的改进和优化设计    严鹤飞;

基于Pro/MECHANICA吊钩的有限元分析及优化设计    章永兴;钟智攀;陈科;

典型传动机构科普展品的研制    邢金龙;冯帅将;盛业涛;黄亚平;苏本林;陈志杰;

数控机床主轴结构的改进和优化设计    严鹤飞;

基于竞选算法的非线性约束优化问题实现    贺春华;张湘伟;吕文阁;谢庆华;

核动力装置参数优化设计    贺士晶

基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究    陈奇

高压气动比例减压阀的结构优化与特性研究    徐志鹏

数控机床高速液压动力卡盘的研究    周城

激光拼焊板制车门成形和刚度的数值仿真与试验研究    余天明

注水系统生产状态智能分析与运行优化技术研究    张瑞杰

航空弹射座椅结构设计与仿真分析研究    田佳林

纳秒脉宽脉冲电化学微加工机床关键技术研究    罗红平

计及压制件成形精度的液压机主机结构设计方法研究    李艳聪

基于结构完整性分析的固体火箭发动机药形改进与优化设计    李磊

圆柱直齿轮精锻成形工艺试验及数值模拟研究    刘霞

带流量稳定器的先导式比例减压阀设计研究与特性分析    郑珊珊

自由节曲线非圆齿轮引纬机构运动学反求设计与试验    胡宇龙

汽车水泵总成的动态特性研究    孔维峰

五轮可重构移动机器人构型设计及研究    谭大伟

新型水下法兰连接机具试验样机关键技术研究    牟伟

船用封闭行星齿轮传动优化设计研究    林鸿蕴

高弹性联轴器动态特性试验台研究    毕国军

平行轴同侧传动封闭试验台的加载器研究    杨俊卓

船舶滑道拖拉滑移下水上滑板连接方式研究    曹艳萍

按等滑动系数原则选择齿轮的变位系数    郭宝平

双压力角非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力的有限元分析    肖望强;李威;李梅;

基于ANSYS Workbench的半挂车车轴的强度分析及其优化设计    袁素粉;袁晓红;陈昌生;

基于MATLAB的斜齿轮传动多目标优化设计    蒋春明;阮米庆;

齿轮弯曲强度的有限元分析法    许贤泽

MATLAB软件包求解最优化模型    彭军

2K－H行星传动参数优化的研究    尹力

典型行星齿轮传动的优化设计    尹力

非对称渐开线多齿轮泵的理论分析    夏立中

非对称齿齿轮泵设计研究    刘元伟,徐克圣,赵亮,唐宜胜,高鹏

大型风力发电齿轮箱设计技术及软件开发    张和平;张志宏;刘忠明;

航空发动机星型齿轮传动系统优化设计    孟祥战

齿轮箱的摩擦学优化设计    杨益梅

1141重型货车驱动桥桥壳轻量化研究    张成波

行星传动模锻压力机的参数计算    张展;贺永富;

封闭星传动系统（一）    王云根

GA在传动优化设计中的应用研究    梅颖;朱良生;

2K—H 型正号机构滑动系数的研究    安子军;李建松;姜守厚;

SJD—11型双速绞车换档机构的研制与实现    于永水,张瑞英,李福海,齐明侠

二齿差摆线针齿行星传动受力的理论分析    孙英时,关天民

摆线钢球行星传动的模糊可靠性优化设计    安子军 ,王广欣

内啮合2K-H行星传动的行星轮非均布配置时的装配条件及计算    杨鑫平

滚子活齿行星传动(二)    张国瑞

NGW型行星齿轮传动角变位参数的优化选择    单鹏,马玉刚,董振宇

基于Pro/E的摆线钢球行星传动数字样机构建    王广欣;朱莉莉;关天民;

万向减速/增速器的机构原型    陈辛波;李晏;

采煤机械用NGW型行星传动装置均载特性浅析    张伟;

外齿轮内平动式新型少齿差行星传动的研究    黄华梁;张磊林;庹海峰;韦立江;

可控制起动行星齿轮减速器的研究    叶恒青;曹巨江;

摩擦对偏心轮推杆行星传动接触应力及疲劳强度的影响    陶栋材;宋建农;任述光;向建化;

行星齿轮传动动态特性研究现状综述    刘更;吴立言;忠红;

包装机中的调节机构设计    孙智慧;黄群;孙凤兰;

行星滚磨抛光磨料流态特征的数值模拟    王浩程;张宏太;张德良;方新;

水泥工业节能高效大型立磨减速机的研制    

刘雪荣深入市直企业调研    通讯员 何来胜

经济要发展 关键在项目    陈艳

用勤奋编织理想 用智慧设计未来    本报实习记者 王焕智 张晓丹 通讯员 曹克顺

我市科技型中小企业技术创新基金项目创新高    通讯员 童吉根 罗盘军

武汉大学生发明“伸缩腿”    记者 李佳　通讯员 黎江东

汽车有了自救牵引器    王宇

雷邦贵深入黄冈经济开发区调研    记者 周卫东

大功率行星齿轮减速器填补国内空白    张立君;周志祥

国内最大辊磨减速机重齿问世    姜超

温室配套机械集锦    

超重型刮板输送机行星传动装置设计理论研究    陈世其

车辆复合行星传动系统动力学特性研究    刘振皓

摆线钢球行星传动研究    安子军

摆线钢球行星传动动力学性能研究    张鹏

斜齿行星传动动力学研究    杨通强

基于相位调谐的直齿行星齿轮传动动力学理论与实验研究    王世宇

2K-H型摆线针轮行星传动性能理论的研究    蒙运红

齿轮啮合数值分析建模方法及其应用研究    郝东升

锥形摆线行星传动基础理论及实验研究    王淑妍

柔性销轴式风电齿轮箱动力学研究    徐向阳

直线式作动器中精神行星传动的承载能力研究    刘佳

偏心轮推杆行星传动优化设计及动力学仿真研究    段海燕

多级行星传动构型与效率分析及在轮边减速器中的应用    何娟

多级行星传动系统动力学特性分析    孙宏

柱销环行星传动的研究    杜秀菊

行星传动无级变速装置的研究与仿真    师建国

摆线钢球行星传动多目标模糊可靠性优化及评价    傅晓磊

新型弧齿锥齿轮行星传动的啮合性能与试验    彭宗和

基于非对称齿行星传动的风电齿轮箱研究    史振兴

圆形活齿行星传动虚拟样机建模及性能仿真研究    刘坤