一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统技术方案
An integrated system for calculating the strength of the planetary gear box
The invention discloses a planetary gear box integrated strength calculation system, the system for the development of the Matlab planetary gear box strength check based tools, mainly used for wind turbine stage specific site selection, certification and post structural strength assessment, the tool to distinguish six modules, respectively, the planetary gear strength check module bolt strength check module, cylindrical roller bearing strength check module, check module, the strength of spline drive pin strength check module and the power loss and efficiency calculation module. Such a systematical platform provides the automatic processing transformation of components load, the strength analysis of key components and the function of automatic report generation, making the whole design completed under a platform, which is conducive to the adjustment of the whole machine design plan and the design efficiency. In a word, the invention can not only design the parts of the gear box in parallel, but also be more beneficial to the adjustment of the design scheme of the whole machine, and improve the design efficiency.
【技术实现步骤摘要】
一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统
本专利技术涉及风力发电机组部件强度分析领域，尤其是指一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统。
技术介绍
齿轮箱作为风力发电机组传动链核心部件，其结构的可靠性决定了整个传动链系统的可靠性。齿轮箱的主要强度计算包括行星齿轮强度校核、螺栓强度校核、圆柱滚子轴承强度校核、花键强度校核、传动销强度校核以及功率损失与效率计算模块。目前风电行业，对于大兆瓦半直驱风力发电机组通常采用行星传动齿轮箱，而目前对这样一款齿轮箱的强度分析并未有一款集成系统进行分析，因此集成系统级的分析不仅可以将齿轮箱各部件并行设计，同时更加有利于整机设计方案的调整，提高设计效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有行星传动齿轮箱强度计算过程中的弊端，提供了一种高效、快捷的行星传动齿轮箱强度计算集成系统，该系统集成了部件载荷处理及强度高效评估，可非常有效缩短整机开始设计周期，更好服务于风力发电机设计、认证和评估，提高风机发电机组设计的可靠性，节约成本。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统，所述系统为基于Matlab开发的行星传动齿轮箱强度校核工具，主要用于风力发电机初期选型、认证以及后期的特定厂址结构强度评估，该工具区分有六大模块，分别为行星齿轮强度校核模块、螺栓强度校核模块、圆柱滚子轴承强度校核模块、花键强度校核模块、传动销强度校核模块以及功率损失与效率计算模块。所述行星齿轮强度校核模块，融入miner损伤理论，通过导入LDD载荷谱及其他输入所需的基本参数进行齿轮的损伤及寿命分析，求解齿面接触疲劳安全系数、齿根弯曲疲劳...
【技术保护点】
一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统，其特征在于：所述系统为基于Matlab开发的行星传动齿轮箱强度校核工具，主要用于风力发电机初期选型、认证以及后期的特定厂址结构强度评估，该工具区分有六大模块，分别为行星齿轮强度校核模块、螺栓强度校核模块、圆柱滚子轴承强度校核模块、花键强度校核模块、传动销强度校核模块以及功率损失与效率计算模块；其中：所述行星齿轮强度校核模块，融入miner损伤理论，通过导入LDD载荷谱及其他输入所需的基本参数进行齿轮的损伤及寿命分析，求解齿面接触疲劳安全系数、齿根弯曲疲劳安全系数，并能够通过调节极限载荷与额定载荷的比例系数求解齿面接触静安全系数、齿根弯曲静安全系数；所述螺栓强度校核模块，通过输入所需的基本参数，能够针对标准螺栓以及非标螺栓精确的计算螺栓抗屈服安全系数、抗滑移安全系数、抗压安全系数、抗剪安全系数，同时为生产提供扭紧力矩；所述圆柱滚子轴承强度校核模块，融入载荷谱导入功能，自动对载荷谱进行等效处理，同时该模块中也融入行星系统的均载系数，能够更好的反应轴承的寿命；此外，根据所输基本参数，该模块能够同时输出一级行星轴承、二级行星轴承、行星架轴承的静强度结果与疲劳...
【技术特征摘要】
1.一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统，其特征在于：所述系统为基于Matlab开发的行星传动齿轮箱强度校核工具，主要用于风力发电机初期选型、认证以及后期的特定厂址结构强度评估，该工具区分有六大模块，分别为行星齿轮强度校核模块、螺栓强度校核模块、圆柱滚子轴承强度校核模块、花键强度校核模块、传动销强度校核模块以及功率损失与效率计算模块；其中：所述行星齿轮强度校核模块，融入miner损伤理论，通过导入LDD载荷谱及其他输入所需的基本参数进行齿轮的损伤及寿命分析，求解齿面接触疲劳安全系数、齿根弯曲疲劳安全系数，并能够通过调节极限载荷与额定载荷的比例系数求解齿面接触静安全系数、齿根弯曲静安全系数；所述螺栓强度校核模块，通过输入所需的基本参数，能够针对标准螺栓以及非标螺栓精确的计算螺栓抗屈服安全系数、抗滑移安全系数、抗压安全系数、抗剪安全系数，同时为生产提供扭紧力矩；所述圆柱滚子轴承强度校核模块，融入载荷谱导入功能，自动对载荷谱进行等效处理，同时该模块中也融入行星系统的均载系数，能够更好的反应轴承的寿命；此外，根据所输基本参数，该模块能够同时输出一级行星轴承、二级行星轴承、行星架轴承的静强度结果与疲劳寿命结果；所述花键强度校核模块，通过花键的具体结构、受力状态、材料热处理与硬度、精度等级这些情况，校核花键的齿面接触强度、齿根弯曲强度、齿根剪切强度、齿面耐磨损能力；所述传动销强度校核模块，通过输入所需的基本参数，能够对传动销的抗剪能力与相对薄弱件的挤压进行校核，同时该模型能够采用不同的屈服条件进行校核，包括米塞斯屈服条件和屈雷斯加屈服条件；所述功率损失与效率计算模块，用于对轴承的功率损失进行计算，同时结合齿轮功率损失来计算齿轮箱功率损失及齿轮箱效率。2.根据权利要求1所述的一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统，其特征在于，所述行星齿轮强度校核模块的情况如下：1)行星齿轮强度校核模块依据GB3480为1997国家标准、同时结合ISO6336-2006国际标准的中更新部分进行编制，计算过程以国家标准为准；轮齿的接触应力如下：轮齿的许用接触应力：σHP＝σHlimZNTZLZVZRZWZX(1.2)载荷在单对齿啮合区外界点时，轮齿的弯曲应力：载荷作用于齿顶时，轮齿的弯曲应力：轮齿许用弯曲应力：σFP＝σFlimYSTYNTYδrelTYRrelTYX(1.5)式1.1至1.5中，Kγ为均载系数，KA为使用系数，KV动载系数，KHβ为齿面接触齿向载荷分布系数，KHα为齿面接触齿间载荷分布系数，ZE为弹性系数，ZH为节点区域系数，Zε为齿面接触重合度系数，Zβ为齿面接触螺旋角系数，Z(B/D)为小齿轮与大齿轮分别在啮合点B、D处的单对齿啮合系数，对于行星轮与内齿轮而言，Z(B/D)取1，ZNT为齿面接触寿命系数，考虑循环次数对强度，ZL为润滑系数，ZV速度系数，ZR粗糙度系数，ZW齿面工作硬化系数，ZX为齿面接触尺寸系数，KFβ为齿根弯曲齿向载荷分布系数，KFα为齿根弯曲齿间载荷分布系数，YF为弯曲应力齿形系数，YFa为弯曲应力齿形系数，YS为应力修正系数，YSa为应力修正系数，Yβ为齿根弯曲螺旋角系数，YDT为齿深系数，YST为弯曲强度计算的试验齿轮的应力修正系数，YNT为为齿根弯曲寿命系数，YδrelT为相对齿根圆角敏感系数，YRrelT相对齿根表面状况系数，YX为齿根弯曲尺寸系数，Ft为啮合力，b为有效齿宽，d1为节圆直径，u为齿数比，mn为法向模数，σHlim为齿面接触名义应力，σFlim为齿根弯曲名义应力；对接触疲劳强度而言，初始安全系数，即采用额定载荷下的齿面接触疲劳安全系数：式中，σHPe为初始齿面接触应力，σHe为初始齿面许用接触应力，SHe为初始齿面接触安全系数；每个工况下的寿命系数为：式中，σHi为载荷谱中第i个工况下的齿面接触应力，σHPi为载荷谱中第i个工况下的许用齿面接触应力，ZNTi为载荷谱中第i个工况下的寿命系数；每个工况下的疲劳失效的循环次数：Ni＝(ZNTi)exp2×NLref2ZNTi≤1(1.9)式中，NLref1为寿命系数大于1时的参考循环次数，NLref2为寿命系数小于1时的参考循环次数，exp1为寿命系数大于1时的指数，exp2为寿命系数小于1时的指数，这些值与材料的选取有关；每个工况的损伤率：式中，ni为每个工况下的循环次数总损伤：2)模块参数的输入输出如下：模块界面分为六部分：基本参数输入、强度校核系数、运行条件、其他要求、计算结果以及结果输出；在基本参数输入中需要输入齿轮的模数、压力角、中心距、螺旋角、行星轮个数、齿数、齿顶高系数、顶系系数、齿宽、轮缘内腔直径、辐板厚度、精度等级、接触疲劳极限、弯曲疲劳极限、齿顶修形量、齿面粗糙度、齿根粗糙度、凸台高、刀具齿顶圆角、齿面硬度、齿端倒角以及插齿刀具这些参数信息；在强度校核系数中需要输入动载系数、齿向载荷分布系数、齿间载荷分布系数、使用系数以及均载系数；在运行条件中需要输入额定转速、额定扭矩、寿命要求、静载荷与额定载荷比以及润滑油运动粘度，同时导入载荷谱；在其他要求中需要通过下列菜单进行定义变为系数的选择原则、侧隙的选择原则、有效硬化层计算方法、齿轮的连接方式、齿轮的传动形式、齿根应力计算方法、润滑油、是否考虑轮缘厚度的影响、动载系数是否自主计算、是否考虑重合度系数以及相应的材料热处理的选择；在计算结果中输出最终计算结果，包括齿面接触疲劳安全系数、齿根弯曲疲劳安全系数、齿面接触静强度安全系数以及齿根弯曲静强度安全系数；在结果输出中显示详细的计算结果的文件路径。3.根据权利要求1所述的一种行星传动齿轮箱强度计算集成系统，其特征在于，所述螺栓强度校核模块的情况如下：1)对于标准螺栓，通过选择螺栓型号选择螺栓；对于非标螺栓，通过输入公称直径、螺栓小径、螺栓头与工件接触面处的外径、节圆直径、螺栓头侧的孔径来确定螺栓与连接件的结构尺寸；2)计算过程如下：2.1)由螺栓连接承受扭矩MTmax而产生的每个螺栓上的圆周力FQmax：式中，i为螺栓个数，Dt为螺栓分布圆直径；2.2)确定拧紧系数αA，拧紧系数的选择与螺栓的安装工具有关；2.3)确定最小紧固作用力Fkerf：Fkerf＝FQmax/u(2.2)式中，u为摩擦系数；2.4)确定嵌入引起的预紧力的损失，包括：螺栓的回弹δS：δS＝δSK+δ1+δGew+δGm(2.7)式中，d为公称直径，Es为螺栓弹性模量，EM为带盲孔的被连接件弹性模量，AN为工程面积，小径面积，l1为螺杆的长度，lGew为剩余可加载螺纹长度，δSK为头部的回弹，δ1为螺杆部位的回弹，δGew为无负荷处螺纹的回弹，δG为螺栓螺纹小径处的，δM为螺母或工件盲孔处回弹，δGm为螺母或螺纹处总回弹；确定工件的回弹：式中，dw为螺栓头与工件接触面处的外径，dh为被连接件的孔径，lk为被夹持长度，为螺栓连接的圆锥体角度，Ep为被连接件弹性模量；嵌入量fz与材料、连接件数量有关；预紧力的损耗Fz：Fz＝fz/(δs+δp)(2.9)2.5)确定最小安装预紧力FMmin：FMmin＝Fkerf+FZ(2.10)2.6)确定最大安装预紧力FMmax：FMmax＝αA·FMmin(2.11)2.7)确定装配应力σrde,Mzul：σrde,Mzul＝v·Rp0.2(2.12)式中，v为预紧力占屈服极限应力的百分比，Rp0.2为屈服极限应力；确定装配预紧力：FMzul＝As·v·Rp0.2(2.13)式中，As为应力截面面积；2.8)工作载荷FSmax：FSmax＝FMzul(2.14)最大拉伸应力σzmax：σzmax＝FSmax/As(2.15)工作应力σred,B：σred,B＝σzmax(2.16)抗屈服安全系数SF：SF＝Rp0.2/σred,B(2.17)2.9)最小支承面面积Apmin：表面压应力pMmax：抗压安全系数Sp：2.10)最小预紧力FVmin：抗滑移安全系数SG：滑移产生的最大剪切应力τmax：抗剪安全系数SA：2.11)确定拧紧力矩MA：
【专利技术属性】
技术研发人员：段博志，卢军，杨明川，黄翀，邹荔兵，曹奇，赵春雨，李学旺，刘凡鹰，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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