风电齿轮齿形优化及疲劳可靠性分析

发布时间：2017-03-16 15:08

  本文关键词：风电齿轮齿形优化及疲劳可靠性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源和环境问题的严峻,新能源的发展已上升到国家战略。近年来,风电设备在我国得到大力发展和运用。在风电机组故障中,齿轮箱故障占机组故障率的20%,且停机时间长,维修困难,而齿轮故障占齿轮箱故障的40%左右,所以提高齿轮的可靠性对提高整个齿轮箱的可靠性意义重大。本文以某型号2MW级风电齿轮箱为研究对象,探讨齿轮的相关分析,主要研究内容如下：(1)基于RomaxDesigner平台,建立2MW级风电齿轮箱的虚拟样机模型,将随机风载转换为速度转矩载荷,确定第一级行星齿轮传动为研究对象。(2)探讨齿轮的制造安装误差对应力的影响,制造误差有齿厚制造误差、齿根圆角半径制造误差、齿宽制造误差、齿顶圆直径和齿根圆直径制造误差,安装误差为中心距偏差。得出各个参数的接触应力和弯曲应力在误差内的变化规律,并给出在实际加工中的建议。(3)以太阳轮为例,以单位长度法向载荷减小且均匀分布为目标,齿向修形和齿廓修形为手段,对齿形进行优化。同时探讨齿形优化对单位长度法向载荷、接触应力、弯曲应力、传递误差、谐响应的影响。齿向修形采用线性修形和一定量的鼓形修形,齿廓修形采用鼓形修形。结果表明,修形后单位长度法向载荷、接触应力、弯曲应力、传递误差、谐响应最大值都明显减小。(4)采用概率描述的接触疲劳和弯曲疲劳累积损伤计算模型,结合等效正态分布和应力强度干涉理论,计算优化后的齿轮在考虑应力循环次数影响下的接触应力和弯曲应力的疲劳累计损伤可靠度,并与传统的不考虑应力循环次数齿轮的可靠度进行对比。结果表明,修形后的齿轮可靠度达到99%以上；且与不考虑应力循环次数的结果相比,计算结果更精确。
【关键词】：风电齿轮箱 RomaxDesigner 齿轮修形 应力循环次数 疲劳可靠度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 风电齿轮国内外研究现状12-14
• 1.2.1 齿轮制造安装误差影响分析12-13
• 1.2.2 齿轮修形影响分析13
• 1.2.3 齿轮疲劳可靠性13-14
• 1.3 论文的主要内容14-16
• 2 风电齿轮箱建模及研究对象确定16-27
• 2.1 RomaxDesigner软件简介16-17
• 2.2 风电齿轮箱的建模17-21
• 2.2.1 齿轮传动系统的设计参数17-18
• 2.2.2 风电齿轮箱的详细建模18-21
• 2.3 载荷工况的确定21-22
• 2.4 研究对象的确定22-26
• 2.4.1 对象齿轮的确定22-25
• 2.4.2 分析工况的确定25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 齿轮制造安装误差对应力的影响27-45
• 3.1 齿厚制造误差对应力的影响27-33
• 3.1.1 确定齿厚制造误差的取值范围27-28
• 3.1.2 设置齿轮齿厚公差28-29
• 3.1.3 齿厚公差试验设置29-30
• 3.1.4 运行公差试验并检查结果30-33
• 3.2 齿根圆角半径制造误差对应力的影响33-35
• 3.3 齿宽制造误差对应力的影响35-37
• 3.4 齿顶圆直径制造误差对应力的影响37-39
• 3.5 齿根圆直径制造误差对应力的影响39-41
• 3.6 安装误差对应力的影响41-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 齿轮齿形优化及仿真分析45-66
• 4.1 齿轮修形的基本理论45-47
• 4.1.1 齿向弹性变形修形原理及修形曲线的确定45-46
• 4.1.2 齿廓弹性变形修形原理及修形曲线的确定46-47
• 4.2 齿轮修形前的仿真分析47-51
• 4.3 齿轮的齿向修形及仿真分析51-57
• 4.3.1 齿向修形曲线52-53
• 4.3.2 齿向修形后的仿真分析53-57
• 4.4 齿轮的齿廓修形及仿真分析57-65
• 4.4.1 齿廓不合理修形时的分析57-59
• 4.4.2 齿廓修形曲线59-60
• 4.4.3 齿廓修形后的仿真分析60-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5 齿轮的疲劳可靠性分析66-85
• 5.1 疲劳可靠性的基本理论66-70
• 5.1.1 材料的疲劳性能66-67
• 5.1.2 疲劳累计损伤基本原理67-68
• 5.1.3 基于应力-强度干涉理论的可靠性设计方法68-70
• 5.2 齿轮的接触疲劳可靠性分析70-78
• 5.2.1 建立考虑应力循环次数的齿轮接触疲劳累积损伤概率模型70-71
• 5.2.2 齿轮接触疲劳累积损伤可靠度的具体计算过程71-76
• 5.2.3 与不考虑循环应力的接触疲劳可靠度的对比76-78
• 5.3 齿轮弯曲疲劳强度的可靠性分析78-84
• 5.3.1 建立考虑应力循环次数的齿轮弯曲疲劳累积损伤概率模型78-80
• 5.3.2 齿轮弯曲疲劳累积损伤可靠度的具体计算过程80-83
• 5.3.3 与不考虑循坏应力的弯曲疲劳可靠度的对比83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-90
• 附录A MATLAB程序及计算结果90-94
• 致谢94-95

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