本發(fā)明涉及齒輪箱，特別涉及一種風(fēng)電齒輪箱均載設(shè)計控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的蓬勃發(fā)展，風(fēng)電機組廣泛運行于各類型風(fēng)場，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機組的核心部件，其承受著復(fù)雜載荷，從而導(dǎo)致其失效率較高。

2、目前風(fēng)電齒輪箱一般采用多級行星齒輪傳動或多級行星加平行齒輪傳動，由于制造和裝配過程中造成的誤差會導(dǎo)致行星齒輪負載不均，對齒輪箱的壽命產(chǎn)生了較大的影響。故良好的均載能顯著提高風(fēng)電齒輪箱的運行性能，而且不同工況對齒輪箱行星級的均載性能有顯著的影響。

3、隨著風(fēng)電齒輪箱逐步邁進大兆瓦時代，在對風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計過程中，基本采用“多級行星齒輪傳動”或“行星齒輪+平行齒輪傳動”的方式，行星齒輪傳動系統(tǒng)基本采用太陽輪浮動的方式以控制其均載性能。而目前對于行星傳動齒輪副中多分流行星輪的均載控制設(shè)計思路有所欠缺，導(dǎo)致風(fēng)電齒輪箱失效率較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)電齒輪箱失效率較高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)電齒輪箱均載設(shè)計控制方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種風(fēng)電齒輪箱均載設(shè)計控制方法，具體包括以下步驟：

4、s1：根據(jù)設(shè)計要求，初步取定一個符合風(fēng)電齒輪箱某級行星齒輪傳動設(shè)計要求的最大均載系數(shù)kγmax；

5、s2：根據(jù)初步確定的均載系數(shù)理論最大值kγmax以及行星齒輪副分流數(shù)，初步確定齒輪加工精度等級；

6、s3：根據(jù)s2中確定的各齒輪件加工精度等級，計算太陽輪浮動的平方和浮動量大??；

7、s4：判斷太陽輪浮動的平方和浮動量的值是否滿足第一設(shè)計要求，若不滿足第一設(shè)計需求值則進入s5；若滿足第一設(shè)計需求值則進入s6；

8、s5：調(diào)整太陽輪平方和浮動量的大小，直到滿足設(shè)計要求；

9、s6：計算行星齒輪副載荷不均勻系數(shù)kε；

10、s7：判斷行星齒輪副載荷不均勻系數(shù)kε是否滿足第二設(shè)計需求；若滿足第二設(shè)計需求，則進入s10；如不滿足第二設(shè)計需求，則進入s8或s9；

11、s8：調(diào)整齒輪加工精度等級；

12、s9：再次對太陽輪平方和浮動量的大小進行調(diào)整；

13、s10：根據(jù)以上設(shè)計流程所得到的各齒輪件加工精度、偏心誤差，建立該型號風(fēng)電齒輪箱行星齒輪副三維模型，進行進行有限元分析；

14、s11：判斷有限元分析結(jié)果是否符合第三設(shè)計需求，若符合第三設(shè)計要求，則進入s12，完成風(fēng)電齒輪箱行星齒輪副均載控制設(shè)計流程；若不符合第三設(shè)計要求，返回s8或s9，重新對齒輪件的加工精度或太陽輪的浮動量進行調(diào)整；

15、s12：輸出所確定的各齒輪件加工精度等級、太陽輪浮動平方和浮動量，完成行星齒輪副的均載控制設(shè)計流程。

16、優(yōu)選地，所述s2包括：

17、s2-1：在風(fēng)電齒輪箱中，運用太陽輪浮動來實現(xiàn)行星齒輪副的均載，則行星輪的均載系數(shù)計算公式如下：

18、

19、公式(1)中，kγ表示行星輪的均載系數(shù)；f1表示行星輪與太陽輪之間的齒面載荷；ta表示太陽輪所受扭矩；np表示行星輪個數(shù)；rbs表示太陽輪基圓半徑；

20、s2-2：根據(jù)均載系數(shù)理論最大值kγmax以及行星齒輪副分流數(shù)，反算出行星輪與太陽輪之間的最大齒面載荷f1max：

21、

22、公式(2)中，f1max表示行星輪與太陽輪之間的最大齒面載荷；y1表示齒輪箱三級行星齒輪副分流數(shù)；

23、s2-3：根據(jù)最大均載系數(shù)kγmax與最大齒面載荷f1max，即可求得太陽輪與行星輪，行星輪與內(nèi)齒圈之間的綜合嚙合誤差：

24、

25、公式(3)中，ksp表示太陽輪和行星輪之間的等效輪齒嚙合剛度；rbs表示太陽輪基圓半徑；θs表示彈性變形引起的太陽輪的轉(zhuǎn)角；rbpi表示行星輪基圓半徑；θpi表示彈性變形引起的第i個行星輪的轉(zhuǎn)角；δspi表示浮動太陽輪與單個行星輪的綜合嚙合誤差；fpii表示第i個行星輪和內(nèi)齒圈間的齒面載荷；kpl表示內(nèi)齒圈和行星輪之間的等效輪齒嚙合剛度；δpii表示內(nèi)齒圈與單個行星輪的綜合嚙合誤差；

26、s2-4：根據(jù)綜合嚙合誤差，結(jié)合實際生產(chǎn)成本和實際可加工精度，在最大綜合嚙合誤差范圍內(nèi)，初步分配行星齒輪系中太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈的加工精度，確定各齒輪件的加工精度等級。

27、優(yōu)選地，所述加工精度等級的確定方法為：

28、浮動太陽輪與單個行星輪的綜合嚙合誤差δspi＝espi+δsi，內(nèi)齒圈與單個行星輪的綜合嚙合誤差δpii＝epii：

29、

30、公式(4)中，內(nèi)嚙合作用線上太陽輪加工誤差引起的當量嚙合誤差eesi，第i個行星輪加工誤差引起的當量嚙合誤差eepii，由行星架加工誤差引起的當量嚙合誤差eecii，外嚙合作用線上由內(nèi)齒圈加工誤差引起的當量嚙合誤差eeii，第i個行星輪加工誤差引起的當量嚙合誤差eepii，行星架加工誤差引起的當量嚙合誤差eec2i，內(nèi)、外嚙合齒厚誤差分別表示為ε1、ε2；

31、則根據(jù)公式(4)先確定太陽輪、行星輪與內(nèi)齒圈的加工精度都為6級，計算綜合嚙合誤差結(jié)果超出許用范圍，則提高太陽輪和行星輪精度為5級。

32、優(yōu)選地，所述s3包括：

33、s3-1：根據(jù)s2中確定的各齒輪件加工精度等級和機械設(shè)計手冊中的既定公式進行計算，即可確定零件尺寸的實際偏心誤差；

34、s3-2：綜合考慮軸承游隙等安裝誤差的影響，根據(jù)機械設(shè)計手冊，計算行星架上行星輪軸孔的切向位移et，行星輪偏心誤差ec，太陽輪偏心誤差ea，內(nèi)齒圈偏心誤差eb，行星架偏心誤差eh；

35、s3-3：然后計算零件尺寸極限偏差對浮動量的要求：

36、

37、公式(5)中，α'表示行星齒輪傳動的嚙合角，ezt表示行星架上行星輪軸孔中心的切向位移對浮動量的要求值；eza、ezc、ezb、ezh分別表示太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈、行星架偏心誤差對浮動量的要求值；

38、s3-4：最后計算太陽輪浮動的平方和浮動量大?。?/p>

39、

40、公式(6)中，ez表示太陽輪浮動的平方和浮動量大小。

41、優(yōu)選地，所述s5中，太陽輪平方和浮動量的大小的調(diào)整方法為：

42、若設(shè)計規(guī)定太陽輪浮動的平方和浮動量的大小極值為2，若計算結(jié)果為2.1，則將計算值調(diào)整為1.9，然后反算各部件的偏心誤差以及當量嚙合誤差，進行各部件加工精度等級的調(diào)整，再根據(jù)調(diào)整后的加工精度，計算太陽輪平方和浮動量的值，與規(guī)定值進行比較；如此往復(fù)迭代運算。

43、優(yōu)選地，所述s6中，行星齒輪副載荷不均勻系數(shù)的計算公式為：

44、

45、公式(7)中，kε表示行星齒輪副載荷不均勻系數(shù)；pmax表示行星齒輪傳動傳遞的最大功率；p表示行星齒輪傳動傳遞的功率；p’表示行星齒輪傳動傳遞的平均功率；nw表示行星輪數(shù)目；tmax表示星齒輪傳動傳遞的最大轉(zhuǎn)矩；t表示行星齒輪傳動傳遞的轉(zhuǎn)矩；t’表示行星輪傳遞的平均轉(zhuǎn)矩。

46、優(yōu)選地，所述s8中，調(diào)整齒輪加工精度等級的方法為：

47、若太陽輪浮動的平方和浮動量的值小于第一設(shè)計要求，則降低齒輪件的加工精度；若太陽輪浮動的平方和浮動量的值大于第一設(shè)計要求，則提高齒輪件的加工精度。

48、優(yōu)選地，所述s10中，有限元分析的方法為：

49、根據(jù)各齒輪件加工精度、偏心誤差，利用三維建模軟件，建立該型號風(fēng)電齒輪箱行星齒輪副三維模型，并組成裝配體，導(dǎo)入ansys軟件，進行邊界條件設(shè)置從而進行靜力學(xué)與動力學(xué)仿真分析計算，并且通過masta軟件進行建模，添加各齒輪件的邊界條件、裝配關(guān)系、加工精度進行有限元分析。

50、優(yōu)選地，所述s11中，第三設(shè)計需求包括各齒輪件的接觸面云圖受力是否均勻、各部件所受應(yīng)力是否超出材料許用應(yīng)力、工件在使用壽命內(nèi)疲勞損傷是否超出設(shè)計規(guī)范。

51、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

52、1、傳統(tǒng)的風(fēng)電齒輪箱均載控制，主要是依據(jù)“設(shè)計—生產(chǎn)—測試”的方式，先根據(jù)經(jīng)驗以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，設(shè)計行星齒輪系各齒輪件的加工精度與太陽輪的浮動量，再進行產(chǎn)品的生產(chǎn)，最后對該行星齒輪系的均載性能進行測試，判斷是否滿足設(shè)計要求。

53、而本發(fā)明提出的均載控制設(shè)計方法，先在以滿足設(shè)計要求的條件下，給定一個均載系數(shù)的理論最大值，在該值范圍內(nèi)，分配齒輪件的加工精度，計算太陽輪的浮動量大小和載荷不均勻系數(shù)的值，以此作為評判標準以調(diào)整齒輪件加工精度。本發(fā)明由于在設(shè)計過程中，對行星齒輪系各齒輪件的加工精度進行了反復(fù)的迭代調(diào)整、計算與驗證，使所得結(jié)果更為可靠。

54、2、本發(fā)明在設(shè)計過程中，省去了“生產(chǎn)—測試”環(huán)節(jié)，大大節(jié)約了設(shè)計成本，有效降低了設(shè)計周期。