兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的设计研究

论文摘要

随着石油、煤炭等常规能源的日益枯竭,风能资源以其独特的优势越来越受到广大人们的关注,风电产业在未来能源战略中将占据至关重要的地位。风电增速箱是风电系统的关键部件,其设计制造技术在很大程度上制约着发电能力。本文在研究超环面行星蜗杆传动理论的基础上,将超环面行星蜗杆传动理论引入风力发电领域,设计一种新型的兆瓦级风力发电增速器——兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器,以促进大功率风力发电机组的快速发展的目的。主要研究的内容如下:开展了超环面行星蜗杆传动的空间啮合理论的研究,针对兆瓦级大功率动力传动要求,设计了兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的结构方案,主要包括传动的核心部分、支撑部分、润滑系统和冷却装置的设计。综合运用改进的遗传算法IP_μGA (a modified micro genetic algorithm with the strategy of Intergeneration Projection)和外惩罚函数法开展了兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的主要性能参数优化设计。综合运用响应面法、有限元分析技术及正交试验设计方法,开展了增速器的结构参数的优化设计。运用正交试验设计方法来安排有限元分析方案,提取相应的计算结果,将得到的数据使用响应面法来建立一个设计变量与目标函数之间的对应关系。将该对应关系可视化显示为曲线图,通过人工调整曲线图中设计变量的取值范围来求得增速器结构参数的最优解。最后,基于UG二次开发技术构建了滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的设计平台的基本框架,向用户提供了与UG系统风格相似的可视化设计环境。将前述性能参数优化设计嵌入到框架中,实现了预期的功能。通过参数化建模,以UG作为二次开发平台,对增速器零部件进行二次开发,减少花费在重复性工作上的时间,从而大大地提高了设计效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 引言
• 1.2 风力发电的国内外研究现状
• 1.3 超环面行星蜗杆传动的研究现状
• 1.4 本文主要的研究内容
• 第二章兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的结构方案设计
• 2.1 超环面行星蜗杆传动的机构分析
• 2.1.1 机构的传动比计算
• 2.1.2 机构的几何关系
• 2.1.3 机构的装配关系
• 2.2 超环面行星蜗杆传动的啮合理论分析
• 2.2.1 坐标系的建立
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 啮合方程
• 2.2.4 超环面内齿轮和中心蜗杆的方程
• 2.3 滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的结构方案设计
• 2.3.1 传动核心部分
• 2.3.2 支撑部分
• 2.3.3 润滑系统
• 2.3.4 冷却装置
• 2.4 本章小结
• 第三章基于混合优化算法的增速器主要性能参数优化
• 3.1 混合优化算法简介
• μGA 算法'>3.1.1 IP_μGA 算法
• 3.1.2 外惩罚函数法
• 3.1.3 混合优化算法
• 3.2 增速器主要性能参数的优化设计
• 3.2.1 设计变量的确定
• 3.2.2 目标函数的确定
• 3.2.3 约束条件
• 3.2.4 超环面行星蜗杆传动的多目标参数优化
• 3.3 本章小结
• 第四章基于正交试验设计和响应面法的增速器结构参数优化设计
• 4.1 基于正交试验和响应面法增速器的结构参数优化方法简介
• 4.1.1 增速器结构参数优化设计的目标函数
• 4.1.2 响应面法
• 4.1.3 试验设计
• 4.1.4 基于正交试验设计和响应面法增速器的结构参数优化方法简介
• 4.2 增速器结构参数优化示例
• 4.2.1 优化数学模型和有限元模型
• 4.2.2 正交试验设计方案的排布及有限元参数的设置
• 4.2.3 试验结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章基于UG 的兆瓦级风力发电滚锥齿超环面行星蜗杆增速器的参数化设计
• 5.1 增速器参数化设计平台的基本框架
• 5.2 研发的软件环境和编译工具
• 5.3 关键技术的研究与实现
• 5.3.1 UG/Open MenuScript 菜单的设计
• 5.3.2 UG/Open UIStyle 对话框的设计
• 5.3.3 设计应用程序的关键技术
• 5.3.4 关键技术应用示例
• 5.4 增速器零部件的参数化设计程序的开发
• 5.4.1 增速器参数化设计平台的菜单
• 5.4.2 增速器参数化设计平台的UIStyle 对话框
• 5.4.3 标准件的数据库
• 5.5 参数化设计平台的建立
• 5.6 程序运行示例
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件