[发明专利]一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法

权利要求书

1.一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据力矩平衡方程，得到上风向齿轮传动系统(4)的重心位置和重量，以及下风向齿轮传动系统(6)的重心位置和重量；其中，双风轮风电机组包括布置在O-XYZ空间直角坐标系中的上风向轮毂(1)、上风向风轮(2)、上风向主轴支撑(3)、上风向齿轮传动系统(4)、发电机(5)、下风向齿轮传动系统(6)、下风向主轴支撑(7)、下风向风轮(8)和下风向轮毂(9)；所述O-XYZ空间直角坐标系的X轴方向表示结构的纵向，Y轴方向表示竖直方向，Z轴方向表示结构的横向；X轴、Y轴和Z轴的交点作为全局坐标的原点O；力矩平衡方程如式(1)所示；

式中，M₁为上风向轮毂(1)在Z轴方向上的弯矩，M₂为下风向轮毂(9)在Z轴方向上的弯矩，F₁为上风向齿轮传动系统(4)的重力，L₁为上风向齿轮传动系统(4)的重心位置O₁与发电机(5)的重心位置O′之间的距离在X轴方向上的投影，F₂为下风向齿轮传动系统(6)的重力，L₂为下风向齿轮传动系统(6)的重心位置O₂与发电机(5)的重心位置O′之间的距离在X轴方向上的投影，F₃为上风向主轴支撑(3)的重力，L₃为上风向主轴支撑(3)的重心位置O₃与发电机(5)的重心位置O′之间的距离沿X轴方向上的投影，F₄为下风向主轴支撑(7)的重力，L₄为下风向主轴支撑(7)的重心位置O₄与发电机(5)的重心位置O′之间的距离沿X轴方向上的投影，F₅为上风向风轮(2)的重力，L₅为上风向风轮(2)的重心位置O₅与发电机(5)的重心位置O′之间的距离沿X轴方向上的投影，F₆为下风向风轮(8)的重力，L₆为下风向风轮(8)的重心位置O₆与发电机(5)的重心位置O′之间的距离沿X轴方向上的投影；

2)以上风向齿轮传动系统(4)和下风向齿轮传动系统(6)体积之和最小作为优化目标函数，采用非线性规划函数fmincon对设计变量进行寻优设计直至达到收敛条件；所述优化目标函数如式(2)所示；其中，所述设计变量包括齿数、齿宽、变位系数、模数和螺旋角；

F＝V＝∑V₁+∑V₂           (2)

式中，V₁为上风向齿轮传动系统各部件体积,V₂为下风向齿轮传动系统各部件体积,V为双风轮风电机组齿轮传动系统总体积；设计变量x＝[z，b，x_n，m_n，β]^T；其中，T表示矩阵转置；z为齿数，b为齿宽，x_n为变位系数，m_n为模数，β为螺旋角；

3)输出满足双风轮风电机组齿轮传动系统重心平衡的设计变量。

2.根据权利要求1所述的一种基于重心平衡的双风轮风电机组齿轮传动系统设计方法，其特征在于：优化目标函数的设计变量变化范围包括齿数变化范围、齿宽变化范围、变位系数变化范围、模数变化范围和螺旋角变化范围；优化目标函数的约束条件包括重合度约束、宽径比约束、啮合角约束、避免发生过渡曲线干涉约束、结构强度约束、中心距约束、传动比约束、齿轮传动系统各部件合力矩约束和齿轮传动系统各部件总重量约束。