非对称渐开线圆柱齿轮在风电变速齿轮箱中的应用理论研究

【摘要】：风力发电产业在过去的十几年来取得了举世瞩目的成就,风电行业也一直是发展速度最快的节能行业。然而,风电变速齿轮箱的高故障率一直以来都在严重制约着风电成本的控制,成为阻碍风电产业高效发展的一个重要因素,而其中风电齿轮的接触失效是造成变速齿轮箱发生故障的最主要原因。此外,风电齿轮的传动精度不高也严重影响了整个风电传动系统的传动准确性,进而限制风电变速齿轮箱的传动效率得到有效提高。针对以上所述风电变速齿轮箱所存在的问题,本文给出了一种构想,即在风电变速齿轮箱中采用非对称渐开线圆柱齿轮,并通过系统地分析计算非对称渐开线齿轮所具有的应力特性以及传动误差来论证将非对称渐开线齿轮应用于风电齿轮箱的可靠性。 论文依据渐开线的生成原理,推导出非对称渐开线方程、非对称齿廓两侧的曲线方程以及齿根过渡曲线方程,这些将为非对称渐开线圆柱齿轮韵准确建模提供理论指导；并且深入地分析了该型齿轮的啮合特性,给出了计算非对称内外啮合齿轮副的重合度计算公式,同时还根据非对称齿轮的几何学特征,给出了一种加工刀具的设计图形。 遵照当前风电变速齿轮箱的设计与制造标准,分析其中关于齿轮性能的设计要求,针对齿轮所承受载荷、可靠性以及齿轮传动效率等方面进行了详细地的性能研究,为非对称渐开线齿轮的设计与加工提供标准参考。此外还系统地介绍了目前风电变速齿轮箱的主要传动结构形式和常见故障形式,并对产生故障的机理进行了详细地推断分析。 基于某型1.5MW风电机的一级行星轮+两级平行轴传动系统,分别采用解析法和有限单元法计算非对称渐开线齿轮副工作过程中传动接触应力的变化,计算结果显示采用有限元法可以更加真实地反映非对称齿轮副的应力变化。除此之外还探讨影响齿轮传动精度的几个因素,并运用线性规划法建立求解非对称渐开线齿轮传动误差的数学模型。 结合风电变速齿轮箱实验平台的重要意义,综合阐述了国内外风电齿轮箱实验平台的研究状况与发展方向,并给出一种非对称渐开齿轮箱实验平台的设计方案。 【关键词】：非对称渐开线齿轮 风电变速齿轮箱 有限元 传动精度 线性规划
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 风电发展现状及课题研究背景10-13
• 1.2 国内外非对称渐开线齿轮的研究现状13-16
• 1.3 国内外风电变速齿轮箱的研究状况16-18
• 1.4 论文的主要研究工作18-20
• 第二章 非对称式齿廓渐开线齿轮的齿形设计与啮合特性20-32
• 2.1 非对称式渐开线圆柱齿轮的几何设计理念20-21
• 2.2 非对称渐开线圆柱齿轮的曲线方程21-25
• 2.2.1 渐开线的生成原理21-23
• 2.2.2 非对称渐开线圆柱齿轮的齿廓曲线方程23-24
• 2.2.3 齿根过渡曲线方程24-25
• 2.3 非对称渐开线圆柱齿轮的基本参数计算25-27
• 2.4 非对称渐开线圆柱齿轮对的啮合特性27-29
• 2.5 非对称渐开线圆柱齿轮的加工刀具设计29-30
• 2.6 小结30-32
• 第三章 风力发电机变速齿轮箱的结构特点及其主要故障分析32-46
• 3.1 变速齿轮箱在风力发电机组中的布局方式33-35
• 3.2 风电变速齿轮箱的主要性能要求与分析方法35-41
• 3.2.1 载荷要求35-37
• 3.2.2 风电变速齿轮箱的传动效率计算37-38
• 3.2.3 风电变速齿轮箱的可靠性分析38-41
• 3.3 风电变速齿轮箱的传动结构形式41-44
• 3.4 风电变速齿轮箱的故障形式与主要原因分析44-45
• 3.5 小结45-46
• 第四章 基于风电变速齿轮箱传动系统的非对称渐开线圆柱齿轮的传动特性研究46-70
• 4.1 基于风电变速齿轮箱传动系统的非对称齿轮的传动接触应力特性研究46-59
• 4.1.1 采用解析法分析传动接触应力的变化47-52
• 4.1.2 采用数值分析法求解传动接触应力的变化52-59
• 4.2 风电变速齿轮箱非对称渐开线圆柱齿轮的传动误差研究59-68
• 4.2.1 齿轮传动误差的成因60-61
• 4.2.2 线性规划的主要求解方法61-63
• 4.2.3 运用线性规划法计算非对称渐开线齿轮传动误差63-67
• 4.2.4 实例应用分析67-68
• 4.3 本章小结68-70
• 第五章 风电变速齿轮箱及其主要部件的实验检测平台设计方案70-74
• 5.1 风电变速齿轮箱及其部件实验平台的发展现状70-71
• 5.2 风电变速齿轮箱非对称渐开线齿轮实验平台的设计方案71-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 本文的工作总结74-75
• 6.2 对下一步研究工作的展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士期间发表的学术论文82

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