非對稱漸開線圓柱齒輪在風電變速齒輪箱中的應用理論研究

【摘要】：風力發(fā)電產業(yè)在過去的十幾年來取得了舉世矚目的成就,風電行業(yè)也一直是發(fā)展速度最快的節(jié)能行業(yè)。然而,風電變速齒輪箱的高故障率一直以來都在嚴重制約著風電成本的控制,成為阻礙風電產業(yè)高效發(fā)展的一個重要因素,而其中風電齒輪的接觸失效是造成變速齒輪箱發(fā)生故障的最主要原因。此外,風電齒輪的傳動精度不高也嚴重影響了整個風電傳動系統的傳動準確性,進而限制風電變速齒輪箱的傳動效率得到有效提高。針對以上所述風電變速齒輪箱所存在的問題,本文給出了一種構想,即在風電變速齒輪箱中采用非對稱漸開線圓柱齒輪,并通過系統地分析計算非對稱漸開線齒輪所具有的應力特性以及傳動誤差來論證將非對稱漸開線齒輪應用于風電齒輪箱的可靠性。 論文依據漸開線的生成原理,推導出非對稱漸開線方程、非對稱齒廓兩側的曲線方程以及齒根過渡曲線方程,這些將為非對稱漸開線圓柱齒輪韻準確建模提供理論指導；并且深入地分析了該型齒輪的嚙合特性,給出了計算非對稱內外嚙合齒輪副的重合度計算公式,同時還根據非對稱齒輪的幾何學特征,給出了一種加工刀具的設計圖形。 遵照當前風電變速齒輪箱的設計與制造標準,分析其中關于齒輪性能的設計要求,針對齒輪所承受載荷、可靠性以及齒輪傳動效率等方面進行了詳細地的性能研究,為非對稱漸開線齒輪的設計與加工提供標準參考。此外還系統地介紹了目前風電變速齒輪箱的主要傳動結構形式和常見故障形式,并對產生故障的機理進行了詳細地推斷分析。 基于某型1.5MW風電機的一級行星輪+兩級平行軸傳動系統,分別采用解析法和有限單元法計算非對稱漸開線齒輪副工作過程中傳動接觸應力的變化,計算結果顯示采用有限元法可以更加真實地反映非對稱齒輪副的應力變化。除此之外還探討影響齒輪傳動精度的幾個因素,并運用線性規(guī)劃法建立求解非對稱漸開線齒輪傳動誤差的數學模型。 結合風電變速齒輪箱實驗平臺的重要意義,綜合闡述了國內外風電齒輪箱實驗平臺的研究狀況與發(fā)展方向,并給出一種非對稱漸開齒輪箱實驗平臺的設計方案。 【關鍵詞】：非對稱漸開線齒輪 風電變速齒輪箱 有限元 傳動精度 線性規(guī)劃
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 風電發(fā)展現狀及課題研究背景10-13
• 1.2 國內外非對稱漸開線齒輪的研究現狀13-16
• 1.3 國內外風電變速齒輪箱的研究狀況16-18
• 1.4 論文的主要研究工作18-20
• 第二章 非對稱式齒廓漸開線齒輪的齒形設計與嚙合特性20-32
• 2.1 非對稱式漸開線圓柱齒輪的幾何設計理念20-21
• 2.2 非對稱漸開線圓柱齒輪的曲線方程21-25
• 2.2.1 漸開線的生成原理21-23
• 2.2.2 非對稱漸開線圓柱齒輪的齒廓曲線方程23-24
• 2.2.3 齒根過渡曲線方程24-25
• 2.3 非對稱漸開線圓柱齒輪的基本參數計算25-27
• 2.4 非對稱漸開線圓柱齒輪對的嚙合特性27-29
• 2.5 非對稱漸開線圓柱齒輪的加工刀具設計29-30
• 2.6 小結30-32
• 第三章 風力發(fā)電機變速齒輪箱的結構特點及其主要故障分析32-46
• 3.1 變速齒輪箱在風力發(fā)電機組中的布局方式33-35
• 3.2 風電變速齒輪箱的主要性能要求與分析方法35-41
• 3.2.1 載荷要求35-37
• 3.2.2 風電變速齒輪箱的傳動效率計算37-38
• 3.2.3 風電變速齒輪箱的可靠性分析38-41
• 3.3 風電變速齒輪箱的傳動結構形式41-44
• 3.4 風電變速齒輪箱的故障形式與主要原因分析44-45
• 3.5 小結45-46
• 第四章 基于風電變速齒輪箱傳動系統的非對稱漸開線圓柱齒輪的傳動特性研究46-70
• 4.1 基于風電變速齒輪箱傳動系統的非對稱齒輪的傳動接觸應力特性研究46-59
• 4.1.1 采用解析法分析傳動接觸應力的變化47-52
• 4.1.2 采用數值分析法求解傳動接觸應力的變化52-59
• 4.2 風電變速齒輪箱非對稱漸開線圓柱齒輪的傳動誤差研究59-68
• 4.2.1 齒輪傳動誤差的成因60-61
• 4.2.2 線性規(guī)劃的主要求解方法61-63
• 4.2.3 運用線性規(guī)劃法計算非對稱漸開線齒輪傳動誤差63-67
• 4.2.4 實例應用分析67-68
• 4.3 本章小結68-70
• 第五章 風電變速齒輪箱及其主要部件的實驗檢測平臺設計方案70-74
• 5.1 風電變速齒輪箱及其部件實驗平臺的發(fā)展現狀70-71
• 5.2 風電變速齒輪箱非對稱漸開線齒輪實驗平臺的設計方案71-73
• 5.3 本章小結73-74
• 第六章 總結與展望74-76
• 6.1 本文的工作總結74-75
• 6.2 對下一步研究工作的展望75-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文82

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