兆瓦級風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)輕量化研究

【摘要】：風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,已引起了人們的高度重視,由此促成了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)比大,在高空塔架上作業(yè)且采用側(cè)面支承,因此導(dǎo)致箱體剛性較差,故障率較高。風(fēng)電齒輪箱的關(guān)鍵技術(shù)一直是制約風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要因素,由于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大,在設(shè)計(jì)制造過程中需要考慮越來越多的因素。本文以兆瓦級風(fēng)電齒輪箱為研究對象,在保證風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)性能的前提下,綜合應(yīng)用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對其進(jìn)行輕量化研究,主要內(nèi)容如下： (1)風(fēng)電齒輪箱靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。根據(jù)風(fēng)電齒輪箱組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在三維繪圖軟件SolidWorks中建立各組件的簡化模型并進(jìn)行總體裝配,確定合理的有限元分析載荷狀況和邊界條件,導(dǎo)入CAE軟件HyperWorks和Workbench中完成模型的幾何清理和結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析及箱體整機(jī)模態(tài)分析,得到極限載荷工況下風(fēng)電齒輪箱箱體和輸入級行星架的位移場和應(yīng)力場以及箱體的各階固有頻率和振型圖。 (2)風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。對齒輪箱箱體進(jìn)行了尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化；對輸入級行星架進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化。根據(jù)齒輪箱的設(shè)計(jì)要求,分別確定各種設(shè)計(jì)變量進(jìn)行不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外,出于優(yōu)化設(shè)計(jì)的考慮,本文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)都在三倍極限載荷下進(jìn)行。 (3)基于支持向量機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。介紹了支持向量機(jī)的相關(guān)理論知識和算法領(lǐng)域新出現(xiàn)的果蠅優(yōu)化算法,在此基礎(chǔ)上編制MATLAB程序?qū)X輪箱箱體和輸入級行星架尺寸優(yōu)化中產(chǎn)生的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明,支持向量機(jī)有很強(qiáng)的泛化能力；果蠅優(yōu)化算法尋優(yōu)速度快,且能夠很快找到全局最優(yōu)解。 (4)優(yōu)化前后模型的對比分析。基于齒輪箱的優(yōu)化結(jié)果,對齒輪箱箱體和輸入級行星架重新進(jìn)行了分析,之后分別對齒輪箱箱體整機(jī)模型進(jìn)行了靜力分析和模態(tài)分析,并與原箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析。除此之外,對優(yōu)化后的齒輪箱后箱體和輸入級行星架進(jìn)行了平行度計(jì)算,并與初始模型平行度進(jìn)行了對比分析。 綜上所述,優(yōu)化后的齒輪箱箱體和輸入級行星架保證了原結(jié)構(gòu)的性能,質(zhì)量有較大幅度下降,共減重666.7kg(3.67%),達(dá)到了輕量化的效果。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電齒輪箱 有限元方法 輕量化 支持向量機(jī) 果蠅優(yōu)化算法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH132.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 齒輪箱研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 2 有限元與結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)理論17-31
• 2.1 有限元方法17-18
• 2.1.1 有限元方法的基本思想17
• 2.1.2 有限元方法的基本步驟17-18
• 2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法18-26
• 2.2.1 拓?fù)鋬?yōu)化方法19-24
• 2.2.2 尺寸優(yōu)化方法24-25
• 2.2.3 形狀優(yōu)化方法25-26
• 2.2.4 形貌優(yōu)化方法26
• 2.3 基于支持向量機(jī)的優(yōu)化方法26-30
• 2.3.1 支持向量機(jī)26-29
• 2.3.2 果蠅優(yōu)化算法29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 風(fēng)電齒輪箱組件有限元分析31-48
• 3.1 風(fēng)電齒輪箱組件有限元模型建立31-37
• 3.1.1 模型簡化及幾何清理31-33
• 3.1.2 齒輪箱組件材料屬性33-34
• 3.1.3 網(wǎng)格劃分及質(zhì)量檢查34-37
• 3.2 齒輪箱組件靜力分析37-43
• 3.2.1 靜力分析基本原理37-38
• 3.2.2 箱體組件載荷確定及約束處理38-41
• 3.2.3 計(jì)算及結(jié)果分析41-43
• 3.3 齒輪箱箱體整機(jī)模態(tài)分析43-47
• 3.3.1 模態(tài)分析基礎(chǔ)理論43-44
• 3.3.2 齒輪箱箱體整機(jī)模態(tài)分析44-46
• 3.3.3 計(jì)算結(jié)果分析46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 風(fēng)電齒輪箱組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)48-72
• 4.1 齒輪箱箱體尺寸優(yōu)化48-56
• 4.1.1 AWE環(huán)境下齒輪箱箱體尺寸優(yōu)化48-53
• 4.1.2 基于支持向量機(jī)的箱體尺寸優(yōu)化53-55
• 4.1.3 兩種優(yōu)化方法結(jié)果對比分析55-56
• 4.2 箱體支撐臂形狀優(yōu)化56-59
• 4.2.1 優(yōu)化問題的定義及計(jì)算結(jié)果分析56-58
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)及結(jié)果驗(yàn)證58-59
• 4.3 齒輪箱后箱體形貌優(yōu)化59-64
• 4.3.1 優(yōu)化問題的定義及計(jì)算結(jié)果分析59-63
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)及結(jié)果驗(yàn)證63-64
• 4.4 輸入級行星架結(jié)構(gòu)優(yōu)化64-71
• 4.4.1 輸入級行星架拓?fù)鋬?yōu)化65-67
• 4.4.2 輸入級行星架尺寸優(yōu)化67-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 5 優(yōu)化后的齒輪箱及結(jié)果對比分析72-82
• 5.1 靜力分析對比72-74
• 5.2 模態(tài)分析對比74-75
• 5.3 平行度分析對比75-81
• 5.3.1 齒輪箱后箱體75-78
• 5.3.2 輸入級行星架78-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況87-88
• 致謝88-89

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關(guān)于風(fēng)電機(jī)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)特性的分析研究    付松

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱動(dòng)力學(xué)分析    許琦

兆瓦級以上風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能研究    楊紹波

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的齒輪箱智能故障診斷技術(shù)的研究    張捷

齒輪箱系統(tǒng)耦合動(dòng)態(tài)特性研究    羅家元

基于小波分析的齒輪箱故障診斷技術(shù)的研究和應(yīng)用    邢鈞

基于小波—遺傳算法的拖拉機(jī)齒輪箱齒輪故障診斷的研究    魯剛