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发电机中减速机设施运转受力剖析
发布日期：2011-06-10

发电机中减速机设施运转受力剖析发布时间：2011-6-10 110339　　　来源：本站　　　　1概述　　兆瓦级风力发电机齿轮增速器的传动齿轮承受很大的载荷。因此齿轮副在连续啮合过程中的受载接触性能（如齿面接触应力和齿根弯曲应力等）是十分重要的指标。斜齿轮传动是多齿对同时参与啮合，在不同啮合位置齿间载荷分配是变化的，因此斜齿轮啮合是一个高度边界条件非线性的接触物理问题，在理论分析上很有难度，目前大都用有限元进行分析。为保证计算模型的物理真实性，普遍的做法是建立多齿对同时啮合的三维有限元接触分析模型。由于斜齿轮传动接触非线性特点，为减少计算工作量，大部分三维有限元接触分析模型在接触处理上都进行了简化。如本文采用一定长度的接触线代替未知的接触带，仅在该接触线上施加接触条件，把非线性问题线性化，并运用I－DEAS进行有限元分析，根据圣？维南原理，这种处理方式对于非接触区的应力分析是允许的，但对于接触区域附近的应力分析则会存在较大的误差。本文结合兆瓦级风电机齿轮增速设计要求，对斜齿轮进行受力分析，采用了一种较为实用和合理的有限元混合法，该方法对于每一啮合位置，基于斜齿轮啮合线理论获得齿轮理论接触线的位置，并在此基础上生成有限元网格模型。　　2在Pro／Wildfire3.0下建立参数化模型　　斜齿轮的参数化具体建模请参考文献］，不同的是，Pro／EWildfire3.0中的扫描混合不再是以往的文字框形式，而是改进成可视化。如图1。　　图1（a）为Pro／EWildfire的扫描混合，图1（b）为Pro／EWildfire3.0的扫描混合，这点不同可以使原参数化标准斜齿轮画法更直观。　　由于这点不同使得第12步　　131p简化，创建个轮齿不再复杂，只需要在扫描混合界面下选中原始轨迹，选取两个截面即可生成，其余操作与文献［6］介绍的相同。最后生成的斜齿轮。　　3多齿对啮合有限元接触模型的建立　　某兆瓦级风力发电机增速器中一对圆柱斜齿轮的基本参数如下：结构几何参数：齿数z1＝95，z2＝27；模数m＝16；法向压力角！　　n＝20.4826°；螺旋角β＝12.58°，基圆螺旋角βb＝11.81°；齿宽B＝410mm，端面重合度#！　　＝1.678，#＝1.738。　　载荷参数：输入扭矩T1＝135900N？　　m材料参数：弹性模量E＝2.1×10MPa；泊松比ν＝0.3。　　机械性能参数：许用弯曲应力［F］＝442MPa；　　不同位置的啮合应力分布表／MPa许用弯曲应力442许用接触应力［！　　H］＝975MPa。　　对于参数化设计的齿轮只需要改变齿轮的参数即可得到所需要的齿轮。单击工具－参数，即可实现两个齿轮的造型。　　斜齿轮的啮合线是与齿轮副两个基圆柱面相切的啮合平面和轮齿一侧面的交线，并且啮合线段之和是一个常量，啮合线的总长为　　b！　　cos#b［2］。其中b是齿宽。经计算得啮合线的总长为685.871mm. 　　为建立有限元接触分析模型，首先需要确定齿轮副模型的啮合齿对数。理论上讲，将主、从动齿轮的所有轮齿均进行网格划分在几何结构是最为完整的，但由于齿面接触区及齿根圆角附近的网格必须密化，这样全齿轮的网格规模将非常大，不利于求解计算。由于总的重合度为！　　＋＝3.461，故建立3对齿对啮合模型足以能满足分析要求，可以获得在一个啮合周期内轮齿的应力和弹性变形的变化规律。选取小齿轮的3个轮齿进行分析，并将Pro／E所生成的图导入到I－DEAS中，做出啮合线。由于齿轮传动依靠高精度轮齿共轭齿面间连续的啮合而完成，因此，为反映真实的啮合状况，齿轮模型的网格划分必须严格按照轮齿的几何形状进行。网格划分单元为6，共生成105860个结点及160727个四面体单元，由于轮齿接触区的应力变化梯度很大，为获得较为的轮齿接触应力，必须具备足够的网格密度，应在接触区域局部细化，。　　边界条件及载荷的施加计算分析时作如下假设：（1）齿轮轴是刚性联接的，齿安装孔表面上的节点进行零位移约束；（2）不考虑齿轮的制造误差与安装误差，设载荷沿啮合线是均布的，沿啮合线且垂直于啮合面。　　给出了主动齿轮在一个啮合周期内的5个啮合位置，图中清晰直观地显示了轮齿接触区位置和形态的变化，真实地反映了齿轮副的啮合性能。　　如啮合位置1和啮合位置5相差1个啮合周期，因而所反映的是齿轮双齿啮合区逐渐过渡的情形。整体看来，尽管齿宽较大，但沿齿向的接触良好。　　由不同位置的啮合应力分析表可以看出：由于啮合位置一和啮合位置五相差1个啮合周期，因而啮合轮齿的应力分布情况基本相同。本文得到的轮齿应力随啮合位置变化的情况基本符合工程实际的规律。　　4结论　　（1）基于齿轮啮合原理建立了兆瓦级风力发电机齿轮增速器用减速器齿对啮合的三维有限元非线性接触分析模型。　　（2）对一个啮合周期准静态啮合分析的数值结果表明，所建模型能够准确模拟轮齿啮合过程中轮齿应力的分布，以及接触区域和位置的变化。同时，显示了啮合过程中沿齿向的接触状况是良好的，轮齿应力均在强度范围内，说明设计参数选择满足设计要求。　　（3）所建模型能够客观地反映传递的功率，借助该模型可进行斜齿轮啮合的瞬态响应分析。　　（4）通过啮合点的接触应力比较分析，齿根处的齿面接触应力，因此风力发电机齿轮增速器的轮齿疲劳点蚀位置应在靠近啮合线向齿根处延伸。

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