风电机组行星轮系传动系统的优化设计

【摘要】：随着工业化社会的发展，人们对矿物燃料能源的需求日益增多。同时，由于过度的开采和使用矿物燃料能源所引发的能源危机、环境污染等问题也越发严重。如今，人们已经意识到建立起以可再生能源为主的新能源体系的重要性，对风能、水能、太阳能等新能源的研究与利用也逐渐深入，其中，风能因其资源无穷无尽并且不会造成污染的特点，受到世人愈发关注。 目前，风力发电是发展最快，且最具规模化开发条件的风能利用技术形式。风电场是大规模利用风能的最有效方式，20世纪80年代初在美国加利福尼亚州兴起。随着风力发电技术的不断成熟和加工制造行业的进一步发展，风电成本持续下降，需求不断上升，预计在2020年前，全球风电装机容量仍将以年均约20%的高速增长。我国风电产业近年来发展势头十分迅猛，仅从风电装机容量看已成为世界风电最大国，但由于起步较晚，目前风力发电机组的国产率仍然不是很高，这在很大程度上制约了我国风力发电产业的进一步发展。这其中，如何提高独立研究开发并制造风电机组的能力，成为一项重要课题。 本文以风力发电机组齿轮传动系统为研究对象，重点分析其中的行星轮系传动：以水平轴风电机组中普遍应用的2K-H型行星轮系为例，对其进行结构分析、传动比计算、受力分析、强度校核、参数选择等一系列分析；采用机械优化设计方法，确定了风电机组传动系统中行星轮系优化设计的设计变量，并综合考虑轮系整体的体积、重量、结构尺寸之间的相互关系，确定以最小体积作为优化设计的目标，结合行星轮系齿数条件、轮齿接触强度、弯曲强度等约束条件，建立起行星轮系优化设计的数学模型；经过设计程序的运算及对计算结果的参数圆整，求出特定条件下风电机组中行星轮系的最佳参数选择和设计方案，为减小风力发电机组传动系统中齿轮机构的结构尺寸，从而降低风电机制造成本打下基础。 【关键词】：风电机组 行星轮系 优化设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 前言9
• 1.2 世界及我国风力发电的发展现状9-10
• 1.3 风电机组行星传动增速系统研究状况10-12
• 1.4 本文的研究背景和内容12-15
• 1.4.1 本文的研究背景和意义12-13
• 1.4.2 本文研究的内容13-15
• 第2章 优化设计基本理论与方法15-31
• 2.1 优化设计基本理论15-17
• 2.2 约束问题的优化方法17-30
• 2.2.1 拉格朗日乘子法18-21
• 2.2.2 惩罚函数法21-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 风电机组齿轮增速系统的设计与计算31-37
• 3.1 风电机组传动系统的典型结构31-32
• 3.2 风电机组齿轮增速系统的传动比计算32-33
• 3.3 行星轮系中齿轮齿数的确定33-36
• 3.3.1 传动比条件33
• 3.3.2 同心条件33-34
• 3.3.3 装配条件34-36
• 3.3.4 邻接条件36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 行星轮系的优化设计37-67
• 4.1 2K-H 型行星轮系简介37
• 4.2 2K-H 型行星轮系优化设计数学模型的建立37-52
• 4.2.1 建立目标函数38-41
• 4.2.2 选择设计变量41-45
• 4.2.3 确定约束条件45-52
• 4.3 2K-H 型行星轮系最优化设计问题的求解52-62
• 4.3.1 机械优化设计问题的分析与处理52-58
• 4.3.2 数学模型的求解58-62
• 4.4 齿轮参数圆整62-64
• 4.5 行星轮系优化设计与常规设计的比较64-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第5章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-71
• 作者简介71-72
• 致谢72

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