[发明专利]一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法

说明书

本发明公开了一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法，涉及风电技术领域，以加强筋的关键尺寸作为设计变量，建立中箱体以及相连的上下两级齿圈的三维模型，并进行装配；利用正交设计和有限元仿真求得18组样本下中箱体的最大等效应力和质量；再通过响应面法获得的近似函数y(x)来描述复杂结构的设计变量x和优化目标y之间的关系；通过遗传算法对近似函数可行域进行全局搜索，得到最优设计变量组合；对设计变量进行取整，进行有限元验证；通过遗传算法的响应面法，从而能快速得到最优设计变量；对最优设计变量进行取整，从而获得适合加工的设计变量，并进行有限元仿真验证，降低了时间成本和生产成本。

技术领域

本发明属于风电技术领域，具体是一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法。

背景技术

在风力发电机组中，由于风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须要通过风电齿轮箱的增速来使发电机得到相应的转速，风电齿轮箱作为重要的核心部件在风电设备中起到至关重要的作用。风电齿轮箱通常采用一级行星轮系加两级平行轮系的结构或者两级行星轮加一级平行轮系的结构。其中，各个轮系之间需要设置连接机构用于传递不同级轮系之间的动力。而且风电齿轮箱由于传递扭矩大、工况复杂、可靠性要求高，因此风电齿轮箱不同轮系之间的连接机构不仅要具有较高的传扭能力和可靠性，同时，还需要保证良好的传递平稳性以满足风电齿轮箱整机的性能要求。

公开号为CN110725939A的专利文件公开了一种风电齿轮箱，包括行星架、法兰和管轴。具体地，法兰能够固定连接在行星架上，法兰上设置有止动孔。管轴的端部设置有止动部，止动部与止动孔相适配且能够固定地穿设在止动孔中，以使管轴能够与行星架同步转动。本发明提供的风电齿轮箱，将法兰固定连接在行星架上，并在法兰上设置止动孔，同时在管轴的端部设置止动部，并使止动部穿设在止动孔中时不能相对止动孔转动，所以通过法兰能够使管轴和行星架同步转动。此种管轴与行星架之间的固定方式，不需要使用止动块，不仅减少了零件数量，而且结构更加简单，易于安装，生产成本低。

现有的技术中，对中箱体进行设计时，往往需要大量的样本，从而使得计算成本高，同时中箱体的质量较大，导致中箱体的制造成本较高，为了解决上述问题，现提供一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法。

本发明所要解决的技术问题为：如何通过合理的设计将中箱体质量最小化，以达到降低成本的效果，通过遗传算法的响应面法，从而能快速得到最优设计变量；对最优设计变量进行取整，从而获得适合加工的设计变量，并将取整后的设计变量再利用有限元仿真进行验证，从而给工程实际应用节省大量时间成本，并且能降低中箱体的生产成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法，具体包括以下步骤：

步骤一：以加强筋的关键尺寸作为设计变量，建立中箱体以及相连的上下两级齿圈的三维模型，并进行装配；

步骤二：利用正交设计和有限元仿真求得18组样本下中箱体的最大等效应力和质量；

步骤三：再通过响应面法获得的近似函数y(x)来描述复杂结构的设计变量x和优化目标y之间的关系；

步骤四：通过遗传算法对近似函数可行域进行全局搜索，得到最优设计变量组合；

步骤五：对设计变量进行取整，进行有限元验证；

所述步骤三中设计变量x和优化目标y之间的关系的具体获得过程包括以下步骤：

步骤S1：通过对设计变量和优化目标进行响应面分析，得到数学模型；所述数学模型包括近似函数和约束条件；

步骤S2：通过公式获得近似函数y(x)，其中i和j均表示关键尺寸中的每项参数，n为正整数；α0、αi和αij为待定的系数；