基于風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形相關(guān)特征分析

龔文斌

摘要：本文主要分析風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形的相關(guān)特征，重點(diǎn)介紹了風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形的技術(shù)因素。從影響齒圈變形的因素出發(fā)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)分析，可以減少?gòu)椥宰冃螏?lái)的影響，并提高傳動(dòng)齒圈的穩(wěn)定性。借助模型分析法對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)齒圈輪緣厚度的準(zhǔn)確分析，并有效改變齒圈的柔性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;行星傳動(dòng);柔性;齒圈變形

1.負(fù)載力矩作用影響特征分析

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，在大部分的風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)過(guò)程中，都會(huì)在不同的工況條件下造成齒圈變形的發(fā)生，并產(chǎn)生不同的彈性變形效果。對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形的特征分析，可以通過(guò)將齒段固定化的方法，以其質(zhì)心所處位置為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行曲線(xiàn)串聯(lián)，從而成功得到齒圈的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)而得出在負(fù)載力矩作用下對(duì)柔性齒圈變形的影響特征分析。其具體內(nèi)容見(jiàn)圖1

1.1厚度因素

在風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)中齒圈的厚度是造成齒圈變形的重要因素，并且其變形形態(tài)可以歸結(jié)為：外凸變形和內(nèi)凹變形、大變形與小變形以及急速變形時(shí)段等三種。其中，在外凸變形與內(nèi)凹變形上主要是對(duì)行星架內(nèi)部轉(zhuǎn)角變形區(qū)域分析所探索出的齒圈變形狀態(tài)。在大變形與小變形上則是在上述位置，通過(guò)逆時(shí)針觀察的手段分析不同位置外凸變形的大小，其中多為大變形，少數(shù)為小變形。最后，對(duì)急速變形分析則是當(dāng)行星輪嚙合到固定的支撐點(diǎn)位置時(shí)，齒圈發(fā)生急速變形，此時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大齒根應(yīng)力，對(duì)齒輪的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

1.2 對(duì)應(yīng)關(guān)系

調(diào)查顯示，在對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)分析過(guò)程中，還需要考慮到負(fù)載力矩轉(zhuǎn)給你扭簧扭轉(zhuǎn)力矩與齒圈變形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而尋找到合適的嚙合點(diǎn)。一般對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)中行星輪的嚙合位置分析，是通常以支撐點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合其中中間點(diǎn)和其他位置來(lái)分別分析齒圈變形特征。結(jié)合其厚度因素，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外凸變形與內(nèi)凹變形間隔存在時(shí)，會(huì)導(dǎo)致中間位置的嚙合區(qū)的扭簧扭轉(zhuǎn)力矩增加，齒圈變形明顯;而在支撐點(diǎn)位置的齒圈并未出現(xiàn)較大的變形，對(duì)應(yīng)的扭簧扭轉(zhuǎn)力矩也較小。

2.齒圈支撐點(diǎn)數(shù)影響特征分析

齒圈支撐點(diǎn)數(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈的影響，主要是集中在當(dāng)剛度與質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，柔性?xún)?nèi)齒圈與其基座之間彈性配合對(duì)應(yīng)關(guān)系分析上。當(dāng)齒圈支撐點(diǎn)數(shù)分別為6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)時(shí)，通過(guò)固定行星輪與齒圈嚙合位置，在不同的約束地點(diǎn)分析不同支撐點(diǎn)的齒圈變形圖，可以發(fā)現(xiàn)：隨著齒圈支撐點(diǎn)數(shù)的增加，行星輪的嚙合力作用就影響到齒圈的內(nèi)凹變形出現(xiàn)次數(shù)和大小，從而逐漸減少齒圈變形的存在。這也就證明了在風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)中柔性齒圈可以通過(guò)增加其行星輪不同齒圈的支撐點(diǎn)數(shù)量來(lái)保持齒圈的穩(wěn)定，減少變形的存在。

3.齒圈最大徑向影響特征分析

在齒圈最大徑向的影響特征分析中，主要是涉及到負(fù)載力矩作用以及齒圈支撐剛度作用等兩方面。其中，負(fù)載力矩從齒圈變形形態(tài)入手，分析外凸變形以及內(nèi)凹變形形態(tài)下，負(fù)載力矩與齒圈最大徑向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而齒圈支撐剛度則是從徑向支撐剛度以及周向支撐剛度兩方面入手，分析其與齒圈最大徑向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。具體內(nèi)容如下：

3.1 負(fù)載力矩作用

在上文中已經(jīng)對(duì)負(fù)載力矩對(duì)齒圈變形影響特征展開(kāi)分析。然而，在不同的負(fù)載力矩作用下也會(huì)同時(shí)影響到齒圈的最大徑向，從而導(dǎo)致齒圈變形。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：在行星架固定轉(zhuǎn)角下，如果發(fā)生了行星輪與齒圈產(chǎn)生嚙合的效果，嚙合的齒圈越多，則發(fā)生徑向移動(dòng)的概率越高。通過(guò)對(duì)于徑向移動(dòng)時(shí)質(zhì)心的位置，可以最終得出關(guān)于輪齒的最大徑向變形值，從而判斷其發(fā)生了外凸變形還是內(nèi)凹變形，最終得出負(fù)載力矩與齒圈最大徑向的影響對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)載力矩?cái)?shù)值不斷增加，齒圈最大徑向數(shù)值也會(huì)隨之增加，然而結(jié)合支撐點(diǎn)位置的齒圈位置不變，則是導(dǎo)致中間位置的齒圈外凸變形變大，最終對(duì)于相鄰位置的內(nèi)凹變形量產(chǎn)生影響。

3.2 齒圈支撐剛度作用

在齒圈支撐剛度作用下的徑向支撐剛度以及周向支撐剛度對(duì)應(yīng)關(guān)系分析，主要是結(jié)合支撐點(diǎn)數(shù)目分析不同齒圈支撐剛度與最大徑向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主要內(nèi)容見(jiàn)圖2

在上圖中，對(duì)于徑向支撐剛度與齒圈最大徑向的分析，是以支撐點(diǎn)徑向支撐剛度數(shù)值變化為基礎(chǔ)，分析不同變形形態(tài)下支撐剛度與齒圈最大徑向測(cè)量值的關(guān)系;而對(duì)周向支撐剛度與齒圈最大徑向的分析，則是以不同的齒圈輪齒位置為基礎(chǔ)來(lái)分析約束點(diǎn)位置上支撐剛度與齒圈最大徑向測(cè)量值的關(guān)系。

4.總結(jié)

綜上所述，通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)柔性齒圈變形的相關(guān)特征分析，初步掌握了負(fù)載力矩、齒圈厚度以及齒圈最大徑向?qū)θ嵝札X圈變形的影響內(nèi)容以及特征，從而為減少齒圈變形、保持行星輪穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)等提供了重要技術(shù)突破方向，進(jìn)而改善了風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)情況，優(yōu)化了齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]許華超，孫文磊，周建星， 等.風(fēng)電機(jī)組行星傳動(dòng)系統(tǒng)固有特性靈敏度研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2016，37（1）：201-207.

[2]陶曾魯，何芳.對(duì)"大功率風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)液力變矩器的設(shè)計(jì)研究"一文的商榷[J].液壓氣動(dòng)與密封，2010，30（10）：37-40.