风电增速箱斜齿轮齿向修形研究

论文摘要

随着风力发电向大功率发展,对风力发电机组增速齿轮箱的可靠性提出了更高的要求。深入研究风力发电机组齿轮传动系统,特别是斜齿轮修形技术,对提高增速箱齿轮传动的承载能力与使用寿命有重要意义。本文以风电增速箱传动系统中间级的一对齿轮轴为研究对象,运用有限元分析的方法,结合齿轮齿向修形理论,提出斜齿轮的齿向修形(鼓形修整和螺旋角修整)的方案,并通过仿真对修形的效果进行了验证。首先,建立中间级齿轮轴的有限元模型,分别进行结构分析,得出轴和齿轮的变形,采用APDL编程、MATLAB编程和ANSYS后处理中的路径功能提取轴心的弯曲变形和齿轮的扭转变形。其次,应用齿轮鼓形修整和螺旋角修整的原理和方法,根据轴心的弯曲变形和齿轮的扭转变形,分别得出齿轮鼓形修整和螺旋角修整所需的参数,并在CAD软件中对齿轮进行修形:对修形前后的一对齿轮轴分别建立有限元模型,进行啮合接触分析,提取啮合力进行对比。对比的结果表明:修形后齿轮啮合力沿齿向的分布更加均匀,载荷集中现象得到了改观,一端接触的情况得以避免,证明本文针对风电齿轮箱中间级斜齿轮提出的鼓形修整和螺旋角修整的方案是可行的。然后,对轴和齿轮的过盈联接进行接触有限元分析,经过后处理得到轴心弯曲变形和齿轮扭转变形,与未考虑过盈联接时的变形进行对比,发现过盈联接对轴心弯曲的影响较大,对齿轮扭转的影响相对较小。得出结论:在鼓形修整时需要考虑过盈联接引起的变形,而螺旋角修整可以不考虑。最后,通过接触有限元分析探讨了过盈联接各参数(外载、过盈量、摩擦系数)对联接强度的影响,为过盈联接的设计提出了一些建议。得出结论:过盈联接的孔需要倒角,大过盈量配合时需要考虑摩擦系数的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究意义及主要研究方法
• 1.4 本文的研究内容
• 2 齿向修形理论
• 2.1 齿向载荷分布
• 2.1.1 齿向载荷的分布模型
• 2.1.2 使齿向载荷分布均匀的方法
• 2.2 鼓形修整
• 2.2.1 需要鼓形修整的原因
• 2.2.2 鼓形修整的结构设计
• 2.2.3 鼓形量的确定
• 2.2.4 鼓形中心的确定
• 2.3 螺旋角修整
• 2.3.1 螺旋角和螺旋角误差
• 2.3.2 螺旋角修整原理
• 2.4 本章小结
• 3 齿轮轴弹性变形分析与齿向修形
• 3.1 结构有限元分析
• 3.1.1 几何模型
• 3.1.2 材料属性
• 3.1.3 划分网格
• 3.1.4 施加边界条件
• 3.2 弯曲变形分析与鼓形修整
• 3.2.1 路径
• 3.2.2 中间级大齿轮弯曲变形分析
• 3.2.3 中间级小齿轮弯曲变形分析
• 3.2.4 鼓形修整
• 3.3 扭转变形分析与螺旋角修整
• 3.3.1 中间级大齿轮扭转变形分析
• 3.3.2 中间级小齿轮扭转变形分析
• 3.3.3 螺旋角修整
• 3.4 齿向修形的验证
• 3.5 本章小结
• 4 过盈联接对齿向修形的影响及联接强度分析
• 4.1 过盈联接接触分析
• 4.1.1 理论接触模型
• 4.1.2 有限元接触模型
• 4.1.3 刚度系数的选取
• 4.2 过盈联接对齿向修形的影响
• 4.2.1 过盈联接对鼓形修整的影响
• 4.2.2 过盈联接对螺旋角修整的影响
• 4.3 过盈联接强度的分析
• 4.3.1 过盈量对接触的影响
• 4.3.2 载荷变化对接触的影响
• 4.3.3 摩擦系数对接触的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢