齿厚制造误差对风电齿轮传动系统性能的影响

2016-02-02尹瑞权

山东工业技术 2016年22期

关键词：齿轮箱变化率传动系统

尹瑞权

（山东金宝电子股份有限公司设备项目处,山东烟台 265400）

齿厚制造误差对风电齿轮传动系统性能的影响

尹瑞权

（山东金宝电子股份有限公司设备项目处,山东烟台 265400）

考虑齿轮的齿厚误差因素，基于RomaxDesigner建立了某2.0MW风电齿轮箱传动系统的数值模型。研究了齿轮齿厚误差对齿轮传动系统中各齿轮齿面接触应力、齿根弯曲应力的影响，从而提出了通过进行误差控制来提高齿轮传动性能的具体措施。分析结果表明，加工齿轮时，相比于初始设计值，较小的齿厚预存量将会提高齿轮的承载能力。

风电齿轮传动系统;齿厚误差;应力

0 引言

风电齿轮箱具有运行噪音大、体积笨重等缺点，而对于任何机械装备来说，机械零件误差是引起动力学行为的一个重要因素。王秋志等[1]利用ABAQUS分析了制造、安装误差对风电齿轮传动系统中圆柱滚子轴承静力学性能的影响，得到了各误差对圆柱滚子轴承接触应力影响权重。秦大同[2]等对风电齿轮箱传动系统进行动力学方程的建立，分析了考虑误差情况下的传动系统动力学响应。上述文献并未分析不同类型的误差对齿轮啮合性能影响的差别。本文旨在通过利用RomaxDesign软件，以某2.0MW风电齿轮箱传动系统第一级行星传动系统为基体，将齿轮齿厚制造误差对传动性能的影响进行分析，提出了通过控制误差来提高齿轮传动性能的具体措施。

1 风电齿轮箱传动系统结构及相关参数

（1）齿轮箱传动系统结构形式及参数。某2.0MW风电齿轮箱传动系统三维实体模型如图1所示。本文主要以低速级行星齿轮传动为例来分析齿厚制造误差对传动性能的影响，设计参数如表1所示。

（2）载荷工况确定。通过AR模型[3,4]模拟得到随机风速时程曲线。本文载荷工况定义为：主轴输入转速为14r/min；输入扭矩为1.49e6Nm；输入功率为2231.2638kW；输出转速为1293r/min；输出扭矩为1.648e4Nm。

2 齿轮齿厚制造误差分析

3 齿厚制造误差对齿轮应力的影响

第一级行星齿轮传动中各齿轮应力随误差变化而变化的情况分别如图2所示（误差-接触应力曲线）和如图3所示（误差-齿根弯曲应力曲线）。图2中的误差值取值均为负数，在物理量上表示为制造时齿厚数值的值比理论设计值小，即在精加工时，会将齿厚适当减小。从图2可以看出，太阳轮、行星轮1、2、3对应的4条曲线基本呈线性递减变化，且变化率基本相同，即随着齿厚制造误差的增大，齿轮受到的接触应力逐渐减小，且减小的幅度基本相同。从图3可以看出，4条齿厚误差-弯曲应力曲线基本呈线性递减变化，且变化率基本相同，即随着齿厚制造误差的增大，齿轮受到的弯曲应力逐渐减小，且减小的幅度基本相同。比较图2和图3可以发现，随着齿厚制造误差的增大，各齿轮的接触应力和弯曲应力都逐渐减小，两图中4条曲线的变化率基本相同，但各齿轮弯曲应力的变化率要大于接触应力的变化率，即弯曲应力对齿厚制造误差的变化比接触应力更加敏感。物理意义上表示为，在加工齿轮时，齿厚的预存量最好应该小于理论设计量，但在误差范围内，越靠近齿厚的理论设计值，则相应的接触应力和弯曲应力值就越小，即齿轮的寿命更长，可靠性更高。

图2 齿厚制造误差对接触应力的影响

图3 齿厚制造误差对弯曲应力的影响

4 总结

本文首先分析了齿厚误差计算方式及，然后基于齿厚误差建立了系统的RomaxDesign模型对其性能分析：接触应力和弯曲应力都随齿厚误差的增大而减小；虽然齿根弯曲应力对齿厚误差的变化较敏感，但在齿厚设计值的基础上，小量增大齿厚，将提高齿轮的承载能力。

[1]王秋志,蒋玮,刘华汉.制造与装配误差对圆柱滚子轴承接触应力的影响 [J].现代机械,2016,(04)：32-7.

[2]秦大同,周志刚,杨军,et al.随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析[J].机械工程学报,2012,(03)：1-8.

[3]GUALTIERI G,SECCI S.Methods to extrapolate wind resource to the turbine hub height based on power law：A 1-h wind speed vs.Weibull distribution extrapolation comparison[J]. Renew Energ,2012(43)：183-200.

[4]舒新玲,周岱.风速时程AR模型及其快速实现[J].空间结构, 2003(04)：27-32+46.

[5]闻邦春.机械设计手册齿轮传动[M].北京：机械工业出版社, 2014.