风电传动渐开线花键接触特性分析

发布时间：2020-07-03 10:49

【摘要】：渐开线花键以其受力均匀、耐久性强、承载能力大以及对中性好等优点,在风电齿轮箱中应用广泛,但其工况环境复杂多变,极易出现键齿齿面的微动磨损和疲劳破坏。而作为风电传动齿轮箱中连接行星级和平行级的关键部件,花键的接触特性直接影响整个齿轮箱的可靠性。因此对风电传动渐开线花键进行接触特性研究有着十分重要的意义。论文主要研究内容如下:(1)对某2 MW风电齿轮箱传动系统的结构特点和传动原理进行分析。将齿轮箱体和行星架视为柔性体,考虑主轴、轮毂、弹性联轴器等关键部件,并考虑主轴轴承,齿轮箱左右扭力臂三点弹性支撑,根据传动系统各部件之间的实际连接关系,采用MASTA软件建立风电齿轮箱传动系统模型。对模型进行加载分析,得到额定工况下花键的受力情况,并通过传统力学分析加以验证,完成对风电传动渐开线花键的受力分析。根据花键的几何设计特点和实际应用场景,确定内、外花键的不对中情形,建立风电传动渐开线花键有限元接触分析模型,完成对额定工况下存在复合不对中情形的风电传动渐开线花键接触特性的研究。(2)研究了渐开线花键本身的设计参数和齿轮箱其它部件的几何参数对花键接触特性的影响,包括花键的齿宽、齿数、压力角、齿根类型以及齿轮的螺旋角大小和旋向对花键接触特性的影响,从齿面接触压力分布、齿间载荷分布和齿面最大接触压力分布三个方面分析得到了拥有更好接触特性的花键设计参数和齿轮设计参数。(3)研究了内、外花键轴线存在偏斜角、偏心量以及两者复合的不对中情形对花键接触特性的影响;研究了加工过程中不可避免的齿距偏差,包括单齿偏差、连续多齿偏差、任意序列的多齿偏差对花键接触特性的影响;发现不对中和齿距偏差对花键的接触特性影响较大。(4)研究了修形对花键接触特性的影响,包括齿向鼓形修形、齿向边坡修形、齿向分段抛物线修形等;研究了预错量的正负和大小对花键接触特性的影响;得到了最佳修形方式及其最佳修形位置和最佳修形量。从花键本身的设计参数、齿轮箱其它部件的设计参数、花键的加工精度、安装要求以及键齿的修形等方面针对额定工况下存在符合不对中情形的风电传动渐开线花键提出一个工程实际可行的优化方案。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614
【图文】：

行星架,三维实体模型,箱体,花键

基圆bD 285.788 mm花键大径eiD 340.8 mm花键小径iiD 324.24 mm花键大径eeD 336 mm花键小径ieD 319.2 mm根圆角半径 2.4 mm径向间隙 \ 80 um倾斜间隙 \ 0.454 mRad上述参数值在 MASTA 相应模块中输入，选择花键齿根类型为 Fil，完成风电传动渐开线花键的建模。）行星架和箱体建模虑到行星架和齿轮箱结构较为复杂，参数化建模难度大，且准确性 Pro/E 完成行星架和箱体的三维实体模型的建立，为了保证划分网格的孔、圆角和倒角等进行简化处理，如图 2.6、2.7 所示。

行星架,箱体,三维实体模型,节点

图 2.7 简化处理后的行星架和箱体的三维实体模型Fig. 2.7 The simplified 3D entity model of planet carrier and housing在 ANSYS 中导入其三维模型，然后划分网格。为连接行星架和箱体与须在轴承处建立凝聚节点，对行星架和箱体进行模态缩聚，其模态缩 2.8、2.9 所示，行星架和箱体与 MASTA 中部件相连的每一个轴承处都聚节点，这样行星架有 9 个凝聚节点，箱体有 14 个凝聚节点，并且这在各个轴承中心位置，以确保连接无误。

【参考文献】