基于风电机组行星传动柔性齿圈变形相关特征分析

龚文斌

摘要：本文主要分析风电机组行星传动柔性齿圈变形的相关特征，重点介绍了风电机组行星传动柔性齿圈变形的技术因素。从影响齿圈变形的因素出发，对风电机组行星传动分析，可以减少弹性变形带来的影响，并提高传动齿圈的稳定性。借助模型分析法对风电机组行星传动柔性齿圈变形分析，可以实现对齿圈轮缘厚度的准确分析，并有效改变齿圈的柔性。

关键词：风电机组;行星传动;柔性;齿圈变形

1.负载力矩作用影响特征分析

据有关调查显示，在大部分的风电机组行星传动过程中，都会在不同的工况条件下造成齿圈变形的发生，并产生不同的弹性变形效果。对风电机组行星传动柔性齿圈变形的特征分析，可以通过将齿段固定化的方法，以其质心所处位置为出发点进行曲线串联，从而成功得到齿圈的运动特点，进而得出在负载力矩作用下对柔性齿圈变形的影响特征分析。其具体内容见图1

1.1厚度因素

在风电机组行星传动中齿圈的厚度是造成齿圈变形的重要因素，并且其变形形态可以归结为：外凸变形和内凹变形、大变形与小变形以及急速变形时段等三种。其中，在外凸变形与内凹变形上主要是对行星架内部转角变形区域分析所探索出的齿圈变形状态。在大变形与小变形上则是在上述位置，通过逆时针观察的手段分析不同位置外凸变形的大小，其中多为大变形，少数为小变形。最后，对急速变形分析则是当行星轮啮合到固定的支撑点位置时，齿圈发生急速变形，此时也会产生大齿根应力，对齿轮的运行产生不良影响。

1.2 对应关系

调查显示，在对风电机组行星传动分析过程中，还需要考虑到负载力矩转给你扭簧扭转力矩与齿圈变形的对应关系，从而寻找到合适的啮合点。一般对风电机组行星传动中行星轮的啮合位置分析，是通常以支撑点出发，结合其中中间点和其他位置来分别分析齿圈变形特征。结合其厚度因素，经过实验发现：当外凸变形与内凹变形间隔存在时，会导致中间位置的啮合区的扭簧扭转力矩增加，齿圈变形明显;而在支撑点位置的齿圈并未出现较大的变形，对应的扭簧扭转力矩也较小。

2.齿圈支撑点数影响特征分析

齿圈支撑点数对风电机组行星传动柔性齿圈的影响，主要是集中在当刚度与质量稳定的前提下，柔性内齿圈与其基座之间弹性配合对应关系分析上。当齿圈支撑点数分别为6个、7个、8个、9个时，通过固定行星轮与齿圈啮合位置，在不同的约束地点分析不同支撑点的齿圈变形图，可以发现：随着齿圈支撑点数的增加，行星轮的啮合力作用就影响到齿圈的内凹变形出现次数和大小，从而逐渐减少齿圈变形的存在。这也就证明了在风电机组行星传动中柔性齿圈可以通过增加其行星轮不同齿圈的支撑点数量来保持齿圈的稳定，减少变形的存在。

3.齿圈最大径向影响特征分析

在齿圈最大径向的影响特征分析中，主要是涉及到负载力矩作用以及齿圈支撑刚度作用等两方面。其中，负载力矩从齿圈变形形态入手，分析外凸变形以及内凹变形形态下，负载力矩与齿圈最大径向的对应关系。而齿圈支撑刚度则是从径向支撑刚度以及周向支撑刚度两方面入手，分析其与齿圈最大径向的对应关系。具体内容如下：

3.1 负载力矩作用

在上文中已经对负载力矩对齿圈变形影响特征展开分析。然而，在不同的负载力矩作用下也会同时影响到齿圈的最大径向，从而导致齿圈变形。通过实验对比，可以发现：在行星架固定转角下，如果发生了行星轮与齿圈产生啮合的效果，啮合的齿圈越多，则发生径向移动的概率越高。通过对于径向移动时质心的位置，可以最终得出关于轮齿的最大径向变形值，从而判断其发生了外凸变形还是内凹变形，最终得出负载力矩与齿圈最大径向的影响对应关系。当负载力矩数值不断增加，齿圈最大径向数值也会随之增加，然而结合支撑点位置的齿圈位置不变，则是导致中间位置的齿圈外凸变形变大，最终对于相邻位置的内凹变形量产生影响。

3.2 齿圈支撑刚度作用

在齿圈支撑刚度作用下的径向支撑刚度以及周向支撑刚度对应关系分析，主要是结合支撑点数目分析不同齿圈支撑刚度与最大径向的对应关系。主要内容见图2

在上图中，对于径向支撑刚度与齿圈最大径向的分析，是以支撑点径向支撑刚度数值变化为基础，分析不同变形形态下支撑刚度与齿圈最大径向测量值的关系;而对周向支撑刚度与齿圈最大径向的分析，则是以不同的齿圈轮齿位置为基础来分析约束点位置上支撑刚度与齿圈最大径向测量值的关系。

4.总结

综上所述，通过对风电机组行星传动柔性齿圈变形的相关特征分析，初步掌握了负载力矩、齿圈厚度以及齿圈最大径向对柔性齿圈变形的影响内容以及特征，从而为减少齿圈变形、保持行星轮稳定转动等提供了重要技术突破方向，进而改善了风电机组行星传动情况，优化了齿轮转动方式。

参考文献：

[1]许华超，孙文磊，周建星， 等.风电机组行星传动系统固有特性灵敏度研究[J].太阳能学报，2016，37（1）：201-207.

[2]陶曾魯，何芳.对"大功率风电机组传动系统液力变矩器的设计研究"一文的商榷[J].液压气动与密封，2010，30（10）：37-40.