一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法技术

本发明专利技术公开了一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法，包括：根据齿轮箱内行星轮的数量确定啮合位置的旋转范围，在旋转范围内确定几个不同的目标啮合位置，计算出对应目标啮合位置的齿轮箱的应力结果；对各目标啮合位置的位置角度创建用于插值的函数，使其能覆盖与当前角度位置相邻的两个角度位置，得到位置比例系数

【技术实现步骤摘要】
一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法


[0001]本专利技术涉及齿轮箱疲劳分析方法领域，特别是涉及一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法。

技术介绍

[0002]行星级齿轮传动方式已广泛的应用于机械行业的各个领域，行星架作为行星传动的重要零部件，它的结构设计不仅要考虑传扭的要求，还需考虑静强度和疲劳强度是否满足设计要求。
[0003]采用行星级齿轮传动方式的风电齿轮箱的箱体作为关键的传力部件，承受复杂的动态载荷，除了需要进行极限强度校核外，还需要评估疲劳强度。目前箱体的疲劳计算，通常是通过在和箱体连接的内齿圈上施加单一的扭矩或者在某一固定位置施加行星轮与齿圈的啮合力，计算出单位载荷应力，以此为基础进行疲劳强度校核。在实际运行中，随着行星架的转动，行星轮和内齿圈的啮合位置是不断变化的，所以箱体的受力状态除了受输入载荷大小变化的影响外还受齿轮啮合力位置的影响，而现有的计算方式只考虑了载荷在单一选定位置的作用影响，无法精确覆盖评估出箱体结构中的薄弱点，存在安全风险。
[0004]因此，如何有效提高行星传动齿轮箱的疲劳分析精度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法，用于精确评估行星传动齿轮箱在行星系统旋转过程中的疲劳可靠性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1：根据齿轮箱内行星轮的数量确定啮合位置的旋转范围，在旋转范围内确定几个不同的目标啮合位置，计算出对应所述目标啮合位置的齿轮箱的应力结果；
[0009]步骤S2：对各所述目标啮合位置的位置角度创建用于插值的函数，使其能覆盖与当前角度位置相邻的两个角度位置，得到位置比例系数-角度曲线；
[0010]步骤S3：根据所述齿轮箱的转速-时间序列，计算出各所述目标啮合位置的角度-时间序列；
[0011]步骤S4：通过所述位置比例系数-角度曲线、所述角度-时间序列以及所述齿轮箱的扭矩-时间序列，计算出位置载荷比例系数-时间序列；
[0012]步骤S5：计算各工况下的位置载荷比例系数-时间序列，通过疲劳软件计算出所述齿轮箱的疲劳结果。
[0013]优选的，所述步骤S4包括：
[0014]步骤S4-1：通过所述位置比例系数-角度曲线和所述角度-时间序列，计算得到位置比例系数-时间序列；
[0015]步骤S4-2：通过齿轮箱的扭矩-时间序列，计算出载荷比例系数-时间序列；
[0016]步骤S4-3：通过所述位置比例系数-时间序列和所述载荷比例系数-时间序列，计算得到位置载荷比例系数-时间序列。
[0017]优选的，所述步骤S2还包括：确定当前角度位置比例系数为1，前后两个相邻角度位置的比例系数为0。
[0018]优选的，所述步骤S1包括：
[0019]利用传动系统分析软件对行星传动齿轮箱进行建模，结合有限元软件将行星传动齿轮箱的实体模型提取节点和刚度矩阵导入传动系统分析软件中，节点用于连接齿轮箱行星架上的部件。
[0020]优选的，所述步骤S1还包括：
[0021]在传动系统软件中对行星传动齿轮箱的模型进行计算，计算出各目标啮合位置下齿轮箱的应力结果。
[0022]优选的，所述步骤S1包括：
[0023]建立齿轮箱箱体及齿圈的有限元模型，载荷边界条件分为5个载荷步，前4个载荷步分别计算齿轮箱箱体在名义输入扭矩下，120
°
周期内以啮合位置每转过30
°
的位置，将行星轮和内齿圈的啮合力施加在齿圈上，计算得到4组应力结果；第5个载荷步计算箱体在重力作用下的应力结果；获得5组有限元应力结果。
[0024]优选的，所述步骤S2包括：
[0025]建立前4组载荷步与啮合位置相关的位置比例系数-角度曲线，具体的如下：
[0026]0°
位置下的位置比例系数-角度曲线方程
[0027]30
°
位置下的位置比例系数-角度曲线方程
[0028]60
°
位置下的位置比例系数-角度曲线方程
[0029]90
°
位置下的位置比例系数-角度曲线方程
[0030]优选的，所述步骤S3包括：
[0031]根据所述齿轮箱的转速-时间序列，以初始角度为0
°
，每一个时间点的角度等于当前时间点与前一个时间点之间的时间间隔，乘上前一个时间点的转速，然后加上前一个时间点的角度；依次类推得到每一个时间点的角度，然后将每一个时间点的角度对120
°
取余数，使得每一个角度值不超过120
°
，从而得到角度-时间序列。
[0032]优选的，所述步骤S4包括：
[0033]步骤S4-1：将所述步骤S3中得到的所述角度-时间序列分别带入所述步骤S2中建立的4组方程中，计算得到4组位置比例系数-时间序列；
[0034]步骤S4-2：根据所述齿轮箱的扭矩-时间序列，将每一个时间点的扭矩除以所述步骤S1中计算应力结果时所使用的名义扭矩，得到载荷比例系数-时间序列；
[0035]步骤S4-3：将所述步骤S4-1中得到的4组位置比例系数-时间序列分别乘上所述步骤S4-2中得到的载荷比例系数-时间序列，得到与载荷大小和啮合位置相关的4组位置载荷比例系数-时间序列；由于重力的大小和方向始终不变，得到一组比例系数为1的重力-时间序列；获得5组位置载荷比例系数-时间序列。
[0036]优选的，所述步骤S5包括：
[0037]对所有的时序载荷重复所述步骤S3和所述步骤S4，将得到的位置载荷比例系数-时间序列以及所述步骤S1中计算的5组有限元应力结果输入疲劳计算软件中，结合材料的S-N曲线和每一个时序载荷的循环次数，计算得到所述齿轮箱的疲劳寿命和疲劳损伤。
[0038]本专利技术所提供的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，包括：步骤S1：根据齿轮箱内行星轮的数量确定啮合位置的旋转范围，在旋转范围内确定几个不同的目标啮合位置，计算出对应所述目标啮合位置的齿轮箱的应力结果；步骤S2：对各所述目标啮合位置的位置角度创建用于插值的函数，使其能覆盖与当前角度位置相邻的两个角度位置，得到位置比例系数-角度曲线；步骤S3：根据所述齿轮箱的转速-时间序列，计算出各所述目标啮合位置的角度-时间序列；步骤S4：通过所述位置比例系数-角度曲线、所述角度-时间序列以及所述齿轮箱的扭矩-时间序列，计算出位置载荷比例系数-时间序列；步骤S5：计算各工况下的位置载荷比例系数-时间序列，通过疲劳软件计算出所述齿轮箱的疲劳结果。本专利技术所提供的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，考虑由行星系统自身旋转造成的附加动态特性，既能考虑输入载荷大小变化，又能考虑齿轮啮合位置变化对箱体的影响，分析结果精确可靠。
附图说明
[0039]为了更清楚地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据齿轮箱内行星轮的数量确定啮合位置的旋转范围，在旋转范围内确定几个不同的目标啮合位置，计算出对应所述目标啮合位置的齿轮箱的应力结果；步骤S2：对各所述目标啮合位置的位置角度创建用于插值的函数，使其能覆盖与当前角度位置相邻的两个角度位置，得到位置比例系数-角度曲线；步骤S3：根据所述齿轮箱的转速-时间序列，计算出各所述目标啮合位置的角度-时间序列；步骤S4：通过所述位置比例系数-角度曲线、所述角度-时间序列以及所述齿轮箱的扭矩-时间序列，计算出位置载荷比例系数-时间序列；步骤S5：计算各工况下的位置载荷比例系数-时间序列，通过疲劳软件计算出所述齿轮箱的疲劳结果。2.根据权利要求1所述的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S4包括：步骤S4-1：通过所述位置比例系数-角度曲线和所述角度-时间序列，计算得到位置比例系数-时间序列；步骤S4-2：通过齿轮箱的扭矩-时间序列，计算出载荷比例系数-时间序列；步骤S4-3：通过所述位置比例系数-时间序列和所述载荷比例系数-时间序列，计算得到位置载荷比例系数-时间序列。3.根据权利要求1所述的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：确定当前角度位置比例系数为1，前后两个相邻角度位置的比例系数为0。4.根据权利要求1所述的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：利用传动系统分析软件对行星传动齿轮箱进行建模，结合有限元软件将行星传动齿轮箱的实体模型提取节点和刚度矩阵导入传动系统分析软件中，节点用于连接齿轮箱行星架上的部件。5.根据权利要求4所述的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：在传动系统软件中对行星传动齿轮箱的模型进行计算，计算出各目标啮合位置下齿轮箱的作用力结果。6.根据权利要求1至5任意一项所述的行星传动齿轮箱疲劳分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：建立齿轮箱箱体及齿圈的有限元模型，载荷边界条件分为5个载荷步，前4个载荷步分别计算齿轮箱箱体在名义输入扭矩下，120
°
周期内以啮合位置每转过30
°
的位置，将行星轮和内齿圈的啮合力施加在齿圈上，计算得到4组应力结果；第5个载...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明贵，刘波，李世慧，禄晓敏，钟建芳，王晓霞，王士尚，
申请(专利权)人：重庆齿轮箱有限责任公司，
类型：发明
国别省市：