偏航行星减速机优化设计研究

论文摘要

随着风力发电机向大功率发展,为了安装和维护的方便,偏航减速机的重量问题日益凸显。如何在保证偏航减速机强度的前提下,尽量减轻减速机重量的问题已成为设计热点之一。在此背景下,本文针对偏航行星减速机的设计过程,对偏航行星减速机进行优化研究,重点研究以体积为目标的优化建模,以及优化方法的选用求解。通过体积的优化实现减重的目标。首先结合偏航行星减速机的结构特点,本文采用分步优化的方法,即首先进行传动比优化,然后进行各级传动的参数优化,简化了优化设计过程。以整体外廓的体积最小为目标函数,以各级传动比为优化变量,通过相邻传动级之间的径向尺寸限制,以及齿轮副传动比限制的约束;建立起传动比优化设计的数学模型,而后,进行单级行星传动以体积和重合度为目标进行多目标的优化,由于两个目标的性质相反性,本文采用乘除法实现多目标的单目标转换。以对目标影响较大的参数:齿数、模数、齿宽、变位系数力优化变量;以行星轮系的几何约束,以及齿轮副的强度要求为约束条件,建立起单级行星齿轮传动的优化模型。结合偏航行星减速机优化模型的特点:目标函数的非线性,变量的离散性;本文采用遗传算法进行优化求解,由于该算法不用进行函数的求导等复杂数学过程,适合离散变量的优化,从而实现了优化模型的高效求解。本文基于VisualC#.NET平台和Access数据库,首先设计了圆柱齿轮传动的校核过程模块,为行星齿轮传动优化奠定基础,然后设计了偏航行星减速机的优化设计模块。对算例进行了计算和验证,并对优化结果与常规设计方法的计算结果进行了对比分析。对比分析的结果表明,优化设计所选择乘除法和遗传算法计算出的结果大大减小了减速机的体积,并且较好的保持了重合度。在保持强度的同时,较好的实现了重量的减轻。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 偏航行星减速机齿轮传动强度计算方法
• 2.1 偏航行星减速机概述
• 2.2 行星齿轮传动强度计算
• 2.2.1 受力分析
• 2.2.2 承载能力计算
• 2.2.3 安全系数的选择
• 2.2.4 修正系数
• 2.2.5 载荷修正系数
• 2.2.6 接触应力计算修正系数
• 2.2.7 弯曲应力计算修正系数
• 2.2.8 强度计算所需输入参数
• 2.2.9 强度计算的程序实现
• 2.3 本章小结
• 3 偏航行星减速机优化模型
• 3.1 偏航减速机传动比优化模型
• 3.1.1 目标函数的建立
• 3.1.2 设计变量的选取
• 3.1.3 约束条件的确立
• 3.2 偏航减速机单级参数优化模型
• 3.2.1 目标函数的建立
• 3.2.2 设计变量的选取
• 3.2.3 约束条件的确立
• 3.3 本章小结
• 4 偏航行星减速机优化算法设计
• 4.1 遗传算法概述
• 4.2 遗传算法求解步骤
• 4.3 传动比优化的遗传算法实现
• 4.3.1 编码方法
• 4.3.2 初始群体的设置以及适应度的表示
• 4.3.3 遗传操作
• 4.3.4 算法中参数的控制
• 4.4 单级参数优化的遗传算法实现
• 4.4.1 编码方法
• 4.4.2 初始设置
• 4.4.3 单级参数优化的求解步骤
• 4.5 本章小结
• 5 行星齿轮传动辅助设计软件系统的开发
• 5.1 软件开发的目标及可行性
• 5.2 系统开发平台
• 5.3 辅助设计系统总体设计
• 5.3.1 系统框架
• 5.3.2 软件界面设计
• 5.3.3 行星传动优化设计模块
• 5.3.4 齿轮传动校核模块
• 5.4 系统开发的关键技术
• 5.4.1 数据库操作技术
• 5.4.2 校核结果的Word输出功能开发
• 5.4.3 公式的程序处理
• 5.4.4 数据表格的程序处理
• 5.4.5 线图的程序处理
• 5.4.6 数据线图的数据库处理
• 5.5 本章小结
• 6 偏航行星减速机优化实例分析
• 6.1 已知数据
• 6.2 常规设计结果
• 6.3 优化结果的分析
• 6.3.1 优化传动比得到的优化结果
• 6.3.2 不优化传动比得到的优化结果
• 6.3.3 结果的对比分析
• 6.3.4 齿轮精度对强度的影响
• 6.4 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