兆瓦级风电齿轮箱设计与研究

【摘要】： 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣,风电齿轮箱作为风电机组的核心部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚,技术薄弱,特别是兆瓦级风电齿轮箱,主要依靠引进国外技术。因此,急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究,真正掌握风电齿轮箱设计制造技术,以实现风机国产化目标。 本文以南车株洲电力机车研究所有限公司引进的兆瓦级风力发电机为对象,通过方案选取,齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计,并通过对齿轮传动进行有限元接触研究,实现渐开线斜齿轮的修形设计。 首先,确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案,通过计算,确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析,得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核,结果符合安全要求。 其次,基于Pro/E参数化建模功能,运用渐开线方程及螺旋线生成理论,建立斜齿轮的三维参数化模型。通过接口配置,实现与ANSYS的连接。 然后,对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行理论分析计算,再利用ANSYS进行有限元分析计算,并将两者加以对比,结果相近。可见,只要模型合理,有限元法可以得到较好的结果。分析了接触参数对接触应力计算的影响,并确定了恰当合理的参数。 最后,依据齿轮修形原理,提出斜齿轮齿廓齿向修形方案。采用有限元接触分析,对比修形前后的齿面接触应力分布,得出修形方案具有合理性。 【关键词】：风电齿轮箱 结构设计 参数化建模 有限元接触分析 修形
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 课题来源11
• 1.2 国内外发展现状与趋势11-16
• 1.2.1 风力发电国内外发展现状与趋势11-13
• 1.2.2 风电齿轮箱的发展现状13-14
• 1.2.3 齿轮接触分析的研究现状14-16
• 1.3 课题研究的意义16-17
• 1.4 论文的主要内容17-19
• 2 齿轮箱结构设计19-29
• 2.1 增速齿轮箱方案设计20-21
• 2.2 齿轮参数确定21-25
• 2.3 受力分析与静强度校核25-27
• 2.3.1 受力分析25-27
• 2.3.2 低速级外啮合齿面静强度计算27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 基于Pro/E的斜齿轮参数化造型29-37
• 3.1 Pro/E参数化建模概述29
• 3.2 斜齿轮参数化模型建立29-33
• 3.2.1 设置参数与数学关系式30
• 3.2.2 构造齿廓30-32
• 3.2.3 生成齿轮32-33
• 3.3 模型装配33-34
• 3.4 软件接口34-35
• 3.5 本章小结35-37
• 4 齿轮箱斜齿轮接触应力分析37-55
• 4.1 接触分析基本理论37-41
• 4.1.1 弹性接触问题有限元法的基本方程38-40
• 4.1.2 ANSYS中的接触分析功能与算法40-41
• 4.2 齿轮副接触强度理论计算41-44
• 4.2.1 低速级接触强度计算41-43
• 4.2.2 中间级接触强度计算43
• 4.2.3 高速级接触强度计算43-44
• 4.3 齿轮副接触强度有限元分析44-50
• 4.3.1 有限元模型建立44-48
• 4.3.2 低速级齿轮接触强度有限元分析48-49
• 4.3.3 中间级齿轮接触强度有限元分析49-50
• 4.4 接触参数的影响分析50-53
• 4.4.1 齿面摩擦力对接触分析的影响50-51
• 4.4.2 刚度系数对接触分析的影响51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 斜齿轮修形分析55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 齿轮修形原理55-57
• 5.3 修形方案确定57-58
• 5.4 修形强度分析58-63
• 5.5 本章小结63-65
• 6 结论65-67
• 参考文献67-71
• 作者简历71-75
• 学位论文数据集75

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