兆瓦级风电齿轮箱结构轻量化研究

发布时间：2017-12-26 09:51

  本文关键词：兆瓦级风电齿轮箱结构轻量化研究　出处：《大连理工大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 风电齿轮箱 有限元方法 轻量化 支持向量机 果蝇优化算法

【摘要】：风能作为一种清洁的可再生能源,已引起了人们的高度重视,由此促成了风力发电产业的迅猛发展。风电齿轮箱结构复杂、传动比大,在高空塔架上作业且采用侧面支承,因此导致箱体刚性较差,故障率较高。风电齿轮箱的关键技术一直是制约风电产业快速发展的重要因素,由于风电机组单机容量的不断增大,在设计制造过程中需要考虑越来越多的因素。本文以兆瓦级风电齿轮箱为研究对象,在保证风电齿轮箱结构性能的前提下,综合应用各种结构优化方法对其进行轻量化研究,主要内容如下： (1)风电齿轮箱静力学和动力学分析。根据风电齿轮箱组件的结构特点,在三维绘图软件SolidWorks中建立各组件的简化模型并进行总体装配,确定合理的有限元分析载荷状况和边界条件,导入CAE软件HyperWorks和Workbench中完成模型的几何清理和结构静力学分析及箱体整机模态分析,得到极限载荷工况下风电齿轮箱箱体和输入级行星架的位移场和应力场以及箱体的各阶固有频率和振型图。 (2)风电齿轮箱结构轻量化设计。对齿轮箱箱体进行了尺寸优化、形状优化和形貌优化；对输入级行星架进行了拓扑优化和尺寸优化。根据齿轮箱的设计要求,分别确定各种设计变量进行不同的优化设计。另外,出于优化设计的考虑,本文的结构优化设计都在三倍极限载荷下进行。 (3)基于支持向量机的结构优化。介绍了支持向量机的相关理论知识和算法领域新出现的果蝇优化算法,在此基础上编制MATLAB程序对齿轮箱箱体和输入级行星架尺寸优化中产生的样本数据进行建模和优化。优化结果表明,支持向量机有很强的泛化能力；果蝇优化算法寻优速度快,且能够很快找到全局最优解。 (4)优化前后模型的对比分析。基于齿轮箱的优化结果,对齿轮箱箱体和输入级行星架重新进行了分析,之后分别对齿轮箱箱体整机模型进行了静力分析和模态分析,并与原箱体结构进行了对比分析。除此之外,对优化后的齿轮箱后箱体和输入级行星架进行了平行度计算,并与初始模型平行度进行了对比分析。 综上所述,优化后的齿轮箱箱体和输入级行星架保证了原结构的性能,质量有较大幅度下降,共减重666.7kg(3.67%),达到了轻量化的效果。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 程耿东，张东旭;受应力约束的平面弹性体的拓扑优化[J];大连理工大学学报;1995年01期

2 闫凌宇;;国内风电产业概况和存在问题的初步分析[J];电器工业;2008年08期

3 邓扬晨,刘晓欧,朱继宏;飞机加强框的一种结构拓扑优化设计方法[J];飞机设计;2004年04期

4 许佳音;崔国敏;王刚;;YB1502型变速器箱体的轻量化探索[J];工程机械;2011年10期

5 荣见华,唐国金,杨振兴,傅建林;一种三维结构拓扑优化设计方法[J];固体力学学报;2005年03期

6 孙黎;王碧石;王春秀;;大型风力发电机齿轮箱的有限元分析[J];华东电力;2008年07期

7 褚永康;文桂林;崔中;文登;;基于遗传算法的汽车变速箱轻量化设计[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2011年10期

8 钱令希,钟万勰,程耿东,隋允康;工程结构优化设计的一个途径——序列二次规划SQP[J];计算结构力学及其应用;1984年01期

9 李震;孙宝元;钱敏;张军;;基于节点密度的柔性机构的拓扑优化设计[J];计算力学学报;2007年02期

10 张立勇;王长路;刘法根;;风力发电及风电齿轮箱概述[J];机械传动;2008年06期

相关博士学位论文 前2条

1 杨姝;复杂机械结构拓扑优化若干问题研究[D];大连理工大学;2007年

2 袁艳;先进控制理论在复杂工业控制系统中的应用研究[D];中南大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 李林;基于可靠性的TBM刀盘轻量化设计[D];大连理工大学;2010年

2 王玉兴;内燃机薄壁件噪声和密封性能的仿真分析及结构优化设计[D];浙江大学;2010年

3 邓士娟;基于数据挖掘技术的轴承寿命预测的研究[D];大连海事大学;2006年

4 王伟;大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计[D];西北工业大学;2007年

5 李凌飞;基于变密度法的结构拓扑优化研究[D];吉林大学;2007年

6 秦东杰;某越野车单纵臂拓扑优化设计[D];吉林大学;2007年

7 董进朝;大型风电齿轮箱关键设计技术研究[D];机械科学研究总院;2007年

8 郭进彪;机翼弹性比例模型结构拓扑优化设计[D];大连理工大学;2007年

9 王卡;麦弗逊式悬架结构的有限元分析[D];西南交通大学;2008年

10 曾琴琴;FRP风力机叶片设计与有限元分析[D];武汉理工大学;2008年

，

本文编号：1336788