尹瑞權(quán)

（山東金寶電子股份有限公司設(shè)備項(xiàng)目處,山東 煙臺(tái) 265400）

齒厚制造誤差對(duì)風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)性能的影響

尹瑞權(quán)

（山東金寶電子股份有限公司設(shè)備項(xiàng)目處,山東 煙臺(tái) 265400）

考慮齒輪的齒厚誤差因素，基于RomaxDesigner建立了某2.0MW風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值模型。研究了齒輪齒厚誤差對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各齒輪齒面接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力的影響，從而提出了通過進(jìn)行誤差控制來提高齒輪傳動(dòng)性能的具體措施。分析結(jié)果表明，加工齒輪時(shí)，相比于初始設(shè)計(jì)值，較小的齒厚預(yù)存量將會(huì)提高齒輪的承載能力。

風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng);齒厚誤差;應(yīng)力

0 引言

風(fēng)電齒輪箱具有運(yùn)行噪音大、體積笨重等缺點(diǎn)，而對(duì)于任何機(jī)械裝備來說，機(jī)械零件誤差是引起動(dòng)力學(xué)行為的一個(gè)重要因素。王秋志等[1]利用ABAQUS分析了制造、安裝誤差對(duì)風(fēng)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中圓柱滾子軸承靜力學(xué)性能的影響，得到了各誤差對(duì)圓柱滾子軸承接觸應(yīng)力影響權(quán)重。秦大同[2]等對(duì)風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的建立，分析了考慮誤差情況下的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。上述文獻(xiàn)并未分析不同類型的誤差對(duì)齒輪嚙合性能影響的差別。本文旨在通過利用RomaxDesign軟件，以某2.0MW風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)行星傳動(dòng)系統(tǒng)為基體，將齒輪齒厚制造誤差對(duì)傳動(dòng)性能的影響進(jìn)行分析，提出了通過控制誤差來提高齒輪傳動(dòng)性能的具體措施。

1 風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)

（1）齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)。某2.0MW風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)三維實(shí)體模型如圖1所示。本文主要以低速級(jí)行星齒輪傳動(dòng)為例來分析齒厚制造誤差對(duì)傳動(dòng)性能的影響，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

（2）載荷工況確定。通過AR模型[3,4]模擬得到隨機(jī)風(fēng)速時(shí)程曲線。本文載荷工況定義為：主軸輸入轉(zhuǎn)速為14r/min；輸入扭矩為1.49e6Nm；輸入功率為2231.2638kW；輸出轉(zhuǎn)速為1293r/min；輸出扭矩為1.648e4Nm。

2 齒輪齒厚制造誤差分析

3 齒厚制造誤差對(duì)齒輪應(yīng)力的影響

第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)中各齒輪應(yīng)力隨誤差變化而變化的情況分別如圖2所示（誤差-接觸應(yīng)力曲線）和如圖3所示（誤差-齒根彎曲應(yīng)力曲線）。圖2中的誤差值取值均為負(fù)數(shù)，在物理量上表示為制造時(shí)齒厚數(shù)值的值比理論設(shè)計(jì)值小，即在精加工時(shí)，會(huì)將齒厚適當(dāng)減小。從圖2可以看出，太陽輪、行星輪1、2、3對(duì)應(yīng)的4條曲線基本呈線性遞減變化，且變化率基本相同，即隨著齒厚制造誤差的增大，齒輪受到的接觸應(yīng)力逐漸減小，且減小的幅度基本相同。從圖3可以看出，4條齒厚誤差-彎曲應(yīng)力曲線基本呈線性遞減變化，且變化率基本相同，即隨著齒厚制造誤差的增大，齒輪受到的彎曲應(yīng)力逐漸減小，且減小的幅度基本相同。比較圖2和圖3可以發(fā)現(xiàn)，隨著齒厚制造誤差的增大，各齒輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都逐漸減小，兩圖中4條曲線的變化率基本相同，但各齒輪彎曲應(yīng)力的變化率要大于接觸應(yīng)力的變化率，即彎曲應(yīng)力對(duì)齒厚制造誤差的變化比接觸應(yīng)力更加敏感。物理意義上表示為，在加工齒輪時(shí)，齒厚的預(yù)存量最好應(yīng)該小于理論設(shè)計(jì)量，但在誤差范圍內(nèi)，越靠近齒厚的理論設(shè)計(jì)值，則相應(yīng)的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力值就越小，即齒輪的壽命更長，可靠性更高。

圖2 齒厚制造誤差對(duì)接觸應(yīng)力的影響

圖3 齒厚制造誤差對(duì)彎曲應(yīng)力的影響

4 總結(jié)

本文首先分析了齒厚誤差計(jì)算方式及，然后基于齒厚誤差建立了系統(tǒng)的RomaxDesign模型對(duì)其性能分析：接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都隨齒厚誤差的增大而減??；雖然齒根彎曲應(yīng)力對(duì)齒厚誤差的變化較敏感，但在齒厚設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上，小量增大齒厚，將提高齒輪的承載能力。

[1]王秋志,蔣瑋,劉華漢.制造與裝配誤差對(duì)圓柱滾子軸承接觸應(yīng)力的影響 [J].現(xiàn)代機(jī)械,2016,(04)：32-7.

[2]秦大同,周志剛,楊軍,et al.隨機(jī)風(fēng)載作用下風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),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.風(fēng)速時(shí)程AR模型及其快速實(shí)現(xiàn)[J].空間結(jié)構(gòu), 2003(04)：27-32+46.

[5]聞邦春.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒輪傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

圖5

參考資料：

[1]火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》

[2]DL/T261《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.029