MW风力发电机齿轮动态数值计算

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Dynamic numerical calculation for M W wind turbine gearSHEN Jian， LU Yong-pin， ZHU Ren-sheng， FANG Zhen， HAN Xin-tong(School of Machinery and Automobile Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)Abstract：The gear is the most important transmission part of wind turbineS speed-increasing box。

The wind power generation is largely dependent on natural wind，and the random changes of windspeed cause the stress changes of speed-increasing gear at any time.This sets very high requirementsfor gear hardness and resistance to fatigue.So the dynamic numerical calculation of the gear is neces-sary.In this paper，the entity model of the wind turbineS speed-increasing gear box is established bySOLIDWORKS gear plug-in，and the dynamic analysis of it is done by using ANSYS.The conditionswhen the gears are rounding are simulated，and the stress analysis is made to find out the stress distri-bution law of gear tooth contact.The results of numerical calculation and those of theoretical calcula-tion are compared to verify the accuracy of the numerical calculation。

Key words：wind power generator；gear；gear plug-in；numerical calculation增速箱是风力发电机中最主要的传动系统， 文献E4]建立了增速箱圆柱齿轮传动三维有构紧凑、传动动力大，起到变速、传递能量的作，它的运行情况直接影响整机的工作性能，而齿是其中最重要的传动零件，所以对风力发电机增速齿轮进行动态数值计算是非常必要的。-般风力发电机安装在山区、高原和海岛等风力比较大的地方，工作环境非常恶劣，受各种变化的风力载荷和冲击，而且温度变化比较大，所以对增速箱各工作性能要求非常高，要求其结构合理，维修期长，寿命长，能保持良好的工作状态[ 。

限元模型，采用有限元法，求解出正常工作和故障频率情况下的圆柱传动齿轮的应变和等效应力的变化，分析了双圆柱齿轮正常转速下的故障振动特性。文献Es]采用-种较为实用和合理的有限元混合法，对基于斜齿轮啮合线理论获得齿轮理论接触线的每-啮合位置，生成有限元网格模型，对齿轮进行了啮合周期内的准稳态仿真计算。文献E63通过建立齿轮有限元模型，对齿轮在静态载荷和冲击载荷作用下的动态特性进行了数值计算收稿日期：2012～09-18；修回日期：2012-11-15基金项目：国家大学生创新性实验计划资助项目(111035907)作者简介：沈 健(1956-)，男，江苏溧阳人，博士，合肥工业大学教授，硕士生导师结 用 轮 的 周278 合肥工业大学学报(自然科学版) 第 36卷齿轮的齿顶圆端面压力角 ‰ 为：、a t - arcc。sZlCOS atf1)-31.46。

小齿轮的齿顶圆端面压力角 ‰z为：- ccos( Z2 2h )-34.85。 tz ∞∞I--- J端面重合度 为：e - 1- [Z1(tan‰1-tan d1)Z2(tan口 t2-tan a2)]1.59。

1 m z 1(6)计算载荷系数K。K 是考虑由于啮合外部因素引起的的动力过载影响的系数，这种过载撒于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器以及运行状态。风力发电机的原动机要求运行均匀平稳，故选取 K -1.1。动载荷系数Kv是用来考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差而引起的内部附加动载荷对齿轮受载的影响。高精度齿轮在良好的安装和对中精度以及合适的润滑条件下，Kv为 1.0～1.1，本文选择Kv- 1.01。

齿向载荷分布系数为 Km，齿宽系数为：- b -面300-0. 82。 - -面 -按照齿宽300 mm选取，根据文献[113得 Km-1.21。由于 -670 N/mm>100 N/mm 依据文献[11]得齿间载荷分配系数K -1。所以，载荷系数 K为：K - KAKvKH - 1.344。

2：1 oU(8)计算小齿轮分度圆直径 d ，即d2- 2- 14 X 20- 280 mm。

将以上计算结果带人赫兹公式得斜齿轮接触应力：- ZHZEZeZp 0 M Pa。

数值计算的结果为 703 MPa，与赫兹公式计算的结果相对误差为：- X 10o 2.3 。

3 结束语本文对风力发电机齿轮进行了动态接触分析，计算得到的接触应力大小为 703 MPa，与赫兹理论计算结果 690 MPa基本吻合，说明了分析方法的可靠性；找出了风力发电增速齿轮的最危险部位，即轮齿接触表面的分度圆附近和齿根圆角处，接触表面的分度圆附近容易发生接触疲劳，齿根圆角处容易发生轮齿折断，这与实际工况-致。对风力发电增速箱齿轮进行动态接触有限元分析，掌握其在接触应力作用下的变形和应力情况，为改善风电齿轮轮齿接触状况、提高其承载能力和性能提供了可靠的分析方法。