[发明专利]一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法

说明书

本发明涉及风电齿轮箱技术领域，具体涉及一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法，包括：根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸；根据柔性销轴能承受的最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围；根据柔性销轴的最大剪切应力确定第二直径范围；根据柔性销轴的最大变形量确定第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围；根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围，按照柔性销轴式风电齿轮箱传动系统各部件体积之和最小、强度均等、功率密度最大为优化目标函数，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数，避免了轮齿楔入现象，降低了风力电齿轮箱的成本。

技术领域

本发明涉及风电齿轮箱技术领域，具体涉及一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法。

背景技术

发展风电是实现“30·60”双碳目标的关键途径之一，我国风资源储量超10亿千瓦，开发潜力巨大。截止2020年底，我国风电累计装机容量约279GW(gigawatt，装机容量的单位)，位居世界第一，然而我国海上风电平均度电成本约为0.85元/kWh，距离平价上网仍有较大差距。发展具有高性价比的大功率增速型风电机组是降低度电成本，实现海上风电平价上网的有效措施之一。目前市场上采用的半直驱型风电齿轮箱，将主轴和电机整合为一体，缩短传动链从而增加功率密度，因此对超紧凑半直驱型风电齿轮箱需求很大。为了更好的降低成本，通常加大机型的发电功率。而加大机型的发电功率需用增加主轴承的尺寸，由于主轴承价格高昂，因此这样的方式对降低成本的效果不大。且设计较大尺寸的主轴承需要定制，可靠性低。因此需用一种强度均等、体积最小、功率密度最大的柔性销轴式风电齿轮箱。这样的柔性销轴式风电齿轮箱不需要增加主轴承的尺寸，只需要合适的柔性销轴即可满足要求，而柔性销轴相比主轴承价格更低，因此降低了成本。

柔性销轴技术属于弹性构件均载技术，它将行星轮固定在柔性的行星架上，达到行星齿轮间的载荷均布。柔性销轴需要能够在圆周方向独立承受弯曲，这样无论传递扭矩多大，都比较有利于行星齿轮间的载荷均匀分配。然而在柔性销轴的设计过程中，销轴柔性太强，容易使行星轮在重力和扭矩综合作用下造成径向变形过大，产生轮齿楔入现象，造成齿轮驱动侧与非驱动侧均产生接触，进而增大系统冲击振动，导致行星级太阳轮和行星轮啮合时，两齿轮之间发生过渡曲线干涉。因此，需要优化柔性销轴式风电齿轮箱传动系统中的设计参数，以避免轮齿楔入现象的柔性销轴，实现齿轮正常啮合，从而能够降低风电齿轮箱的制作成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法，降低了风电齿轮箱的制作成本。

本发明提供了一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法。

在第一种可实现方式中，一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统设计参数优化方法包括：根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸；根据柔性销轴能承受的最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围；根据柔性销轴的最大剪切应力确定柔性销轴的第二直径范围；根据柔性销轴的最大变形量确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围；根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围，按照柔性销轴式风电齿轮箱传动系统各部件体积之和最小、强度均等、功率密度最大为优化目标函数，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸，按照以下方式计算：D_N＝m_Nz_N；其中，D_N为内齿圈外径尺寸，m_N为内齿圈模数，z_N为内齿圈齿数。