[发明专利]一种兆瓦级风电齿轮箱等效缩减方法

权利要求书

1.一种兆瓦级风电齿轮箱等效缩减方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取风电齿轮箱传动系统初始参数；获取和缩减风电齿轮箱传动系统的输入功率和转速；

2)计算风电齿轮箱各级齿轮的初始接触安全系数和弯曲安全系数；

3)根据风电齿轮箱传动系统初始参数，构建风电齿轮箱传动系统动力学方程，并计算风电齿轮箱传动系统固有频率；

4)根据风电齿轮箱各级齿轮的初始接触和弯曲安全系数，建立缩减后风电齿轮箱参数优化模型；

根据风电齿轮箱传动系统固有频率建立缩减后风电齿轮箱参数优化方程；

5)将缩减后的输入功率和转速输入到缩减后风电齿轮箱参数优化模型中，计算得到缩减后风电齿轮箱参数；

6)将缩减后风电齿轮箱参数输入到缩减后风电齿轮箱参数优化方程中，得到轴参数缩减比和缩减后固有频率，得到缩减后固有频率和风电齿轮箱传动系统固有频率的相似比；

所述风电齿轮箱传动系统初始参数包括额定功率、额定输出转速、传动比、总传动比、风电齿轮箱额定输入转矩、行星轮数、中心距、模数、压力角、旋向、齿轮类型、齿数、齿宽、质量和转动惯量；

初始接触安全系数S_H和弯曲安全系数S_F分别如下所示：

式中，K_A为使用系数，K_V为动载系数，K_Hβ为计算接触强度的齿向载荷分布系数，K_Hα为计算接触强度的齿间载荷分布系数，K_HP为计算接触强度的行星轮间载荷分配不均匀系数，Z_H为节点区域系数，Z_E为弹性系数，Z_ε为重合度系数，Z_β为螺旋角系数，F_t为齿轮端面内分度圆上的名义切向力，d₁为小齿轮分度圆直径，b为工作齿宽，u为传动比，σ_Hlim为试验齿轮的接触疲劳极限，Z_NT为计算接触强度的寿命系数，Z_L为润滑剂系数，Z_V为速度系数，Z_R为粗糙度系数，Z_W为工作硬化系数，Z_X为接触强度计算的尺寸系数，K_Fβ为计算弯曲强度的齿向载荷分布系数，K_Fα为计算弯曲强度的齿间载荷分布系数，K_FP为计算弯曲强度的行星轮间载荷分配不均匀系数，Y_Fa为载荷作用于齿顶时的齿形系数，Y_Sa为载荷作用于齿顶时的应力修正系数，Y_ε为计算弯曲强度的重合度系数，Y_β为计算弯曲强度的重合度系数，σ_Flim为试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力，Y_ST为弯曲强度计算的寿命系数，Y_NT为计算齿轮的弯曲极限应力，Y_δrelT为对齿根圆角敏感系数，Y_RrelT为相对齿根表面状况系数，Y_X为弯曲强度计算的尺寸系数，“+”用于外啮合传动，“-”用于内啮合传动；m_n为法向模数；

所述风电齿轮箱传动系统动力学方程如下所示：

式中，M为质量矩阵，K为刚度矩阵；X为位移矩阵；表示加速度矩阵；

其中，质量矩阵M和刚度矩阵K分别如下所示：

式中，M_S1、M_R1、M_C1、M_P1、M_G1和M_G2分别表示太阳轮、内齿圈、行星架、行星轮、大齿轮和小齿轮的质量矩阵；K_S1、K_C1、K_P1、K_R1、K_G1和K_G2分别表示太阳轮、行星架、行星轮、内齿圈、大齿轮和小齿轮的轴承支撑刚度矩阵；K_C1P1表示行星轮和行星架的耦合刚度矩阵；K_S1P1、K_R1P1和K_G1G2分别表示太阳轮与行星轮、内齿圈与行星轮、大齿轮与小齿轮的啮合刚度矩阵；

风电齿轮箱传动系统固有频率ω满足下式：

式中，M为质量矩阵；K为刚度矩阵；A为系统振型；ω_i为系统各阶固有频率；

缩减后齿轮箱参数第一优化模型的目标函数如下所示：

式中g₁表示接触安全系数目标函数，g₂表示接触安全系数目标函数，表示缩减前各级齿轮接触安全系数，表示缩减后各级齿轮接触安全系数，表示缩减前各级齿轮弯曲安全系数，表示缩减后各级齿轮弯曲安全系数，表示法向模数缩减系数，γ_b表示齿宽缩减系数，β表示缩减后的螺旋角；

所述缩减后齿轮箱参数第一优化模型的约束条件如下所示：

缩减后风电齿轮箱参数包括各级齿轮的模数缩减比、齿宽缩减比和螺旋角；

所述缩减后风电齿轮箱参数优化方程如下所示：

式中，h表示优化目标函数；表示缩减后的固有频率，表示初始固有频率。