風(fēng)電偏航減速器行星傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及均載特性研究

【摘要】：風(fēng)電偏航減速器是風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)中最主要的零部件之一，其性能直接影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)作?？紤]到減速器經(jīng)常受變載荷作用，且處于高空架設(shè)不便維護(hù)等因素，設(shè)計(jì)時(shí)要求其具有長壽命、高可靠性、體積小、重量輕等特點(diǎn)。國內(nèi)風(fēng)機(jī)制造商對于高性能偏航減速器主要依賴進(jìn)口，自主研發(fā)生產(chǎn)的偏航減速器仍然不能滿足大型風(fēng)力機(jī)組的使用要求，因此，開展偏航減速器傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和均載特性分析，合理確定傳動(dòng)系統(tǒng)中各項(xiàng)參數(shù)的配置，對加快實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)化具有重要意義。 行星齒輪傳動(dòng)因其具有體積小、重量輕、傳遞效率高和承載能力高等特點(diǎn)，成為立式偏航減速器常用的傳動(dòng)方式之一。本文基于可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，將應(yīng)力、強(qiáng)度等因素視為隨機(jī)變量，采用分步優(yōu)化法，分別建立以減速器整體外廓尺寸最小為目標(biāo)函數(shù)的傳動(dòng)比優(yōu)化分配模型和以單級傳動(dòng)體積最小為目標(biāo)函數(shù)的齒輪參數(shù)優(yōu)化模型；介紹了序列二次規(guī)劃法(SQP)的算法原理，調(diào)用MatLab優(yōu)化工具箱中的fmincon函數(shù)進(jìn)行編程求解。通過實(shí)例證明了文中所介紹的方法可以獲得滿足給定設(shè)計(jì)條件的最優(yōu)方案。 介紹了行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的均載原理、意義及實(shí)現(xiàn)均載常用的方法；運(yùn)用集中質(zhì)量方法，建立單級行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的靜力學(xué)均載分析模型，將齒輪制造、安裝誤差分別沿外、內(nèi)嚙合線方向當(dāng)量化，得出當(dāng)量嚙合誤差的計(jì)算公式；推導(dǎo)了由太陽輪、行星架浮動(dòng)引起的等效側(cè)隙計(jì)算公式，分析了各構(gòu)件誤差對系統(tǒng)均載性能的影響。通過典型算例分析，編寫相關(guān)Matlab計(jì)算程序，得到了太陽輪誤差、行星輪誤差、內(nèi)齒圈誤差、行星架誤差分別對系統(tǒng)均載系數(shù)影響的關(guān)系曲線和行星輪均載系數(shù)函數(shù)的幅相頻率特性圖。 本文工作得到上海市重大技術(shù)裝備研制專項(xiàng)資助(ZB-ZBYZ-02-11-1253)的支持。 【關(guān)鍵詞】：偏航減速器 行星齒輪傳動(dòng) 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì) 均載性能
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.1.1 課題研究背景10-12
• 1.1.2 課題研究目的及意義12
• 1.2 國內(nèi)外行星齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 國內(nèi)外行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)均載技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容15-18
• 第2章 偏航減速器行星傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)18-38
• 2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航減速系統(tǒng)概述18-20
• 2.2 四級 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)20-23
• 2.2.1 行星齒輪系定義及其分類20
• 2.2.2 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及其特點(diǎn)20-23
• 2.3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)概述23-25
• 2.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型簡介23-24
• 2.3.2 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念24-25
• 2.4 行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比的優(yōu)化分配25-28
• 2.4.1 設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)的確定25-27
• 2.4.2 約束函數(shù)的確定27-28
• 2.5 各單級傳動(dòng)參數(shù)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)28-33
• 2.5.1 設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)28-29
• 2.5.2 約束條件29-33
• 2.6 優(yōu)化計(jì)算方法介紹33-34
• 2.7 算例及結(jié)果分析34-35
• 2.7.1 應(yīng)用實(shí)例及計(jì)算結(jié)果34-35
• 2.7.2 結(jié)論35
• 2.8 本章小結(jié)35-38
• 第3章 偏航減速器四級行星傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)度校核38-48
• 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的技術(shù)參數(shù)38
• 3.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算38-43
• 3.2.1 各系數(shù)的確定38-42
• 3.2.2 外嚙合齒輪副齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核42-43
• 3.2.3 內(nèi)嚙合齒輪副齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核43
• 3.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核43-47
• 3.3.1 各系數(shù)的確定44-45
• 3.3.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 偏航減速器行星傳動(dòng)系統(tǒng)靜力學(xué)均載分析48-66
• 4.1 引言48-51
• 4.1.1 常用均載方法及均載機(jī)構(gòu)的類型48-49
• 4.1.2 均載機(jī)理分析及均載機(jī)構(gòu)的選擇49-51
• 4.2 累積嚙合誤差分析及計(jì)算51-55
• 4.2.1 行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)靜力學(xué)均載分析的物理模型51-52
• 4.2.2 誤差沿嚙合線的當(dāng)量化計(jì)算52-55
• 4.3 浮動(dòng)誤差的計(jì)算55-56
• 4.4 靜力學(xué)均載系數(shù)計(jì)算56-58
• 4.5 行星齒輪傳動(dòng)靜力學(xué)均載計(jì)算實(shí)例及結(jié)果分析58-59
• 4.5.1 第一級行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)均載系數(shù)計(jì)算58-59
• 4.6 第一級行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)靜力學(xué)均載特性分析59-62
• 4.6.1 誤差單獨(dú)作用對系統(tǒng)均載系數(shù)的影響59-60
• 4.6.2 誤差單獨(dú)變化對系統(tǒng)均載系數(shù)的影響60-62
• 4.7 頻譜分析62-64
• 4.7.1 系統(tǒng)均載系數(shù)函數(shù)幅頻特性分析62-63
• 4.7.2 各行星輪均載系數(shù)函數(shù)頻率特性分析63-64
• 4.8 本章小結(jié)64-66
• 第5章 全文總結(jié)與展望66-68
• 5.1 主要研究工作與結(jié)論66-67
• 5.2 工作展望67-68
• 致謝68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 附錄A74-75
• 附錄B75-76
• 附錄C76-77
• 附錄D77-79
• 附錄E79-81
• 附錄F81-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84-85

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