基于动力学和可靠性的风力发电齿轮传动系统参数优化设计

秦大同  邢子坤  王建宏

(重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆 400044)

摘要：通过建立1.5 MW风力发电齿轮传动系统动力学微分方程，考虑由风速变化引起的外部激励和由时变啮合刚度与综合误差引起的内部激励，应用模态叠加法求解系统的动力学微分方程并给出了使用系数和动载系数的表达式。在此基础上，对齿轮传动系统的优化问题进行了深入研究, 建立以等强度原则和可靠性为约束，以体积最小为目标的优化设计数学模型，利用Matlab的优化工具进行优化，并对实例进行分析计算。分析结果表明，给出的变工况动载荷条件下的风电齿轮传动系统优化设计方法和得到的设计参数，能有效地提高传动系统的可靠度，明显降低重量和体积。

关键词：齿轮传动  风力发电机  动载系数  可靠性  优化设计

中图分类号：TH132

国家自然科学基金（50675231）和国家支撑计划（2006BAF01B07-01）资助项目。20070926收到初稿，20080318收到修改稿

作者简介：秦大同，男，1956年出生，教授，博士研究生导师。主要从事机械传动系统、车辆动力传动及其综合控制研究。
E-mail：dtqin@cqu.edu.cn

参 考 文 献

[1] 刘万琨，张志英，李银凤，等. 风能与风力发电技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.
LIU Wankun, ZHANG Zhiying, LI Yinfeng, et al. Wind energy and wind power generation technology [M]. Beijing：Chemical Industry Press, 2006.
[2] KAHRAMAN A. Natural modes of planetary gear trains [J]. Journal of Sound and Vibration, 1994, 173(1)：125-130.
[3] KAHRAMAN A. Planetary gear train dynamics [J]. ASME Journal of Mechanical Design, 1994，116：713-720.
[4] PARKER R G, AGASHE V, VIJAYAKAR S M. Dynamic response of a planetary gear system using a finite element/contact mechanics model [J]. Transactions of the ASME Journal of Mechanical Design, 2000，122：304-310.
[5] 孙涛，沈允文，孙智民，等. 行星齿轮传动非线性动力学模型与方程[J]. 机械工程学报，2002, 38(3)：6-10.
SUN Tao, SHEN Yunwen, SUN Zhimin, et al. Study on nonlinear dynamic behavior of planetary gear train dynamic model and governing equation [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2002, 38(3)：6-10.
[6] HOUJOH H, UMEZAWA K, MASUMURA S. Vibration analysis for a pair of helical gears mounted on elastic analysis for a pair of helical gears mounted on elastic shafts[C]//Proc. 7th ASME Int. Power Trans. and Gearing Conference, San Diego, 1996：509-518.
[7] 李润方，陶泽光，林腾蛟，等. 齿轮啮合内部动态激励数值模拟[J]. 机械传动，2001(2)：1-3.
LI Runfang, TAO Zeguang, LIN Tengjiao, et al. Nume- rical simulation for inner dynamic excitation of gearing [J]. Journal of Mechanical Transmission，2001(2)：1-3.
[8] 倪振华. 振动力学[M]. 西安：西安交通大学出版社，1990.
NI Zhenhua. Vibration mechanic[M]. Xi’an：Xi’an Jiaotong University Press，1990.
[9] 朱文予. 机械概率设计与模糊设计[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
ZHU Wenyu. Mechanical probability design and fuzzy design[M]. Beijing：Higher Education Press，2001.
[10] 王玮，高永顺. NGW型行星减速器的CAD系统[J]. 吉林工学院学报，1997(3)：18-24.
WANG Wei, GAO Yongshun. Computer aided design of a NGW type planetary gear reducer[J]. Journal of Jilin Institute of Technology, 1997(3)：18-24.