基于载荷均匀分布的齿轮修形方法与流程

1.本发明涉及一种基于载荷均匀分布的齿轮修形方法。


背景技术：

2.渐开线圆柱齿轮传动具有传动比较平稳、结构相对紧凑、制造过程简单方便等很多优点，但是，无论是理论研究上还是生产实践当中都已经充分证明齿轮啮合过程中产生的偏载、冲击等问题即便是在完全避免制造、安装误差的理想状态下也会存在，理想的标准渐开线齿轮在实际啮合传动过程中是不能满足实际要求。特别是随着齿轮转速和所承受负载的不断加大，齿轮变形也开始明显变大，齿轮轴、轴承等各种承载支撑系统的变形也相应地随之变大。因此，种种因素引起的变形将导致齿轮在传动过程中不能在齿向上完全地啮合，由此产生的偏载及冲击将严重影响齿轮的寿命。
3.如果按照传统的思路尽可能减小制造和安装误差来解决上述问题，会导致齿轮制造成本的增加，而且通过实践生产制造证明效果不是非常明显、有效。目前，众多齿轮制造相关企业对高速重载工况下渐开线齿轮啮合传动的改良进行了大量卓有成效的工作，齿轮修形技术就是有效的解决上述问题的方法之一，随着学者们对渐开线的轮齿啮合的不断研究和相应齿轮的制造技术的大力进步，齿轮修形技术已经取得了具有应用价值的成果，目前，对于齿轮的齿廓上的齿廓修形以及齿向的齿向修形都已经在各个企业实际生产当中得到了应用，大量的实际应用证明：通过齿轮修形技术对轮齿齿面进行微量的修整，可以大幅度地改善齿面啮合性能，减少齿向上的偏载及啮入啮出冲击，大大地改善齿轮轮齿的承载、增加齿轮使用的有效寿命。
4.风电齿轮箱作为风力发电机组动力传递的关键部件，又由于其所处环境偏僻、恶略，还被安装在塔顶的狭小空间内，维修十分困难，所以对其的设计寿命最少为20年。通过齿轮修形技术可以明显地补偿风电齿轮在制造、安装误差和啮合过程中产生的综合变形，使得齿轮传动过程中的啮合的性能提高，传动平稳，减振降噪，延长风电齿轮箱的有效寿命，现在无论是国外还是国内都已经广泛的在齿轮箱的设计和制造中采用齿轮修形技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于载荷均匀分布的齿轮修形方法，能够大幅度地改善齿面啮合性能，减少齿向上的偏载及啮入啮出冲击，大大地改善齿轮轮齿的承载、增加齿轮使用的有效寿命。
6.一种基于载荷均匀分布的齿轮修形方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
7.(1)利用romax软件对mw级风电齿轮箱进行整体建模，并在额定工况下对模型进行仿真模拟，确定出齿向上的载荷分布曲线；
8.(2)根据得到的载荷分布曲线推导出相应的修形曲线以及具体修形量；
9.(3)在等效载荷工况下对基于载荷均匀分布的齿轮综合修形方法进行验证。
10.本发明方法针对mw级风电齿轮箱的实际应用情况，根据齿向载荷分布曲线提出一
种齿轮修形综合方法，经过试验证明，可以更好地解决重载齿轮偏载及齿向载荷分布不均的问题。
附图说明
11.附图1为本发明的原理图；
12.附图2为本发明的修形曲线示意图；
13.附图3为本发明的未修形前、鼓形修形后和综合方法修形后仿真模拟的载荷云图。
具体实施方式
14.根据对重载齿轮啮合基本理论及制造工艺的研究，依照“自下而上”的思路，本发明技术方案如图1。该路线从齿轮箱静力学分析入手，寻求基于齿向载荷分布曲线，通过romax模拟仿真分析，对比鼓形修形与新修形方法的结果，得出mw级风电齿轮箱齿轮的修形量，最大程度提高齿轮啮合性能，减小啮合误差。
15.由于风电齿轮箱常年处于变向变载的复杂环境中，所以单一的修形方法很难一次解决偏载、啮入、啮出冲击等问题。因此，针对mw级齿轮箱及其所处实际环境提出新的齿轮修形综合方法；根据齿向载荷均匀分布的修形方法确定修形曲线，同时结合齿端与齿廓修形，利用romax designer软件对新方法修形与传统鼓形修形进行对比分析，验证新方法的正确定、合理性、优越性，并针对mw级齿轮箱结构特点及所处工作环境确定修形量。
16.由于风电齿轮箱所处环境恶劣，长期受到变向变载的无规律载荷以及瞬间冲击载荷，导致齿轮箱故障率居高不下，特别是齿轮的损坏占到齿轮箱故障的60％。齿轮损坏的根本原因是齿轮啮合过程中由于弯曲、扭转，热变形等各种因素所引起的变形及制造、安装过程中不可避免的误差导致轮齿在啮合过程中载荷分布不均，发生偏载，冲击等问题，而利用齿轮修形技术对轮齿进行微量修整可有效改善齿轮啮合性能。
17.针对mw级风电机组齿轮箱，采用基于齿向载荷均匀分布修形+齿端修形+齿廓修形的综合方法，在等效工况下，将未修形前、鼓形修形后和综合方法修形后仿真模拟的载荷云图依次进行对比如图3所示。
18.表1为新方法修形后的齿轮箱在等效载荷下进行仿真模拟与未修形前的仿真模拟结果进行对比。
19.表1齿轮修形前后的齿向最大载荷、传递误差、基阶响应变化表。
[0020][0021]
综合图3和表1，修形后的齿轮偏载得到了明显的改善，经过修形后的mw级风电机组齿轮箱高速平行级小齿轮上得到单位齿宽最大载荷、齿轮啮合传误差以及谐次相应都有
了很大下降，明显提高了齿轮的承载能力，减小了轮齿啮入、啮出冲击，大幅减缓了振动、噪声，对于提高齿轮的啮合性能效果显著。


技术特征：
1.一种基于载荷均匀分布的齿轮修形方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用romax软件对mw级风电齿轮箱进行整体建模，并在额定工况下对模型进行仿真模拟，确定出齿向上的载荷分布曲线；(2)根据得到的载荷分布曲线推导出相应的修形曲线以及具体修形量；(3)在等效载荷工况下对基于载荷均匀分布的齿轮综合修形方法进行验证。

技术总结
本发明涉及一种基于载荷均匀分布的齿轮修形方法。其特点是，包括如下步骤：(1)利用Romax软件对MW级风电齿轮箱进行整体建模，并在额定工况下对模型进行仿真模拟，确定出齿向上的载荷分布曲线；(2)根据得到的载荷分布曲线推导出相应的修形曲线以及具体修形量；(3)在等效载荷工况下对基于载荷均匀分布的齿轮综合修形方法进行验证。本发明方法针对MW级风电齿轮箱的实际应用情况，根据齿向载荷分布曲线提出一种齿轮修形综合方法，经过试验证明，可以更好地解决重载齿轮偏载及齿向载荷分布不均的问题。不均的问题。不均的问题。


技术研发人员：陈雄 宿友亮 安百俊 慕松 满龙 王茂胜 李丹 刘至诚
受保护的技术使用者：宁夏银星能源股份有限公司
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2022/3/8