JMY175工矿内燃机车车轴齿轮箱的可靠性优化设计

以JMY175工矿内燃机车为例,介绍了车轴齿轮箱的结构组成。根据可靠性理论和现代机械设计优化方法,以齿轮传动部分的体积、可靠度和重合度作为目标函数,以齿轮的各参数作为设计变量,对车轴齿轮箱进行可靠性优化设计。把齿轮疲劳强度的可靠度要求引入约束条件中,得出了各参数的最优解,结果显示体积减小了35.71%,可靠度提高了2.707 4%,重合度提高了12.68%。实现了降低生产制造成本、提高齿轮传动稳定性和延长齿轮箱使用寿命的目的。     

基于参数化设计的高速齿轮箱多目标优化分析

为了提高某高速齿轮箱体的静动态特性,采用多目标优化方法中的主要目标法,对参数化设计的高速齿轮箱体进行结构优化分析。基于ANSYS Workbench的仿真模拟结果表明,多目标优化方法可以在减轻箱体质量的同时,有效地提高箱体的静动性能和设计效率,满足高速齿轮箱体更高的性能要求,为齿轮箱其他相关零部件的优化设计和改进提供了理论依据和参考。     

基于MATLAB的三级圆柱斜齿轮减速器可靠性优化设计

传统的减速器设计是以设计者的经验为基础的,因此设计方案往往不是最优的.为了在不影响性能的基础上实现体积和重量的最小化,本研究运用可靠性设计与优化设计相结合的方法建立了某起重机三级圆柱斜齿轮减速器的可靠性优化设计模型.利用MATLAB优化工具箱具有编程工作量少、语法符合工程设计要求等特点,以减速器箱体壁厚作为自变量.以箱体体积最小为目标函数,在约束函数中充分考虑可靠性的要求,对该减速器进行可靠性优化设计.优化结果表明,可靠性优化是一种更科学、更符合客观实际的设计方法院,而且该方法应用到工程实际中会大幅地节约成本,提经济效益.     

基于MATLAB的斜齿轮传动多目标可靠性优化设计

介绍了齿轮传动的多目标设计方法,以斜齿轮体积和传动平稳可靠性为目标函数,在保证齿轮强度可靠性的前提下,建立了斜齿圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型.并且结合实例利用科学计算软件MATLAB的优化工具箱求解优化问题.目前,对于斜齿轮优化设计的研究主要集中在减小体积方面,一般不考虑传动平稳性.对减小体积和提高传动平稳可靠性两个目标进行了联合优化,这对于齿轮传动设计具有理论指导意义.     

齿轮箱体动力响应优化设计

运用MSC.NASTRAN软件以齿轮箱体振动加速度最小为目标函数，以动应力和动位移为约束条件对其进行动力优化设计；介绍了动力优化设计的详细过程，动力优化设计降低了齿轮箱体的振动幅值和变形；分析了齿轮箱体动力响应优化设计结果。     

基于MATLAB的斜齿轮传动多目标优化设计

本文介绍了齿轮传动的多目标设计方法,以斜齿轮体积和传动平稳可靠性为目标函数,建立了斜齿圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型.并且结合实例利用科学计算软件MATLAB的优化工具箱求解多目标优化问题.目前,对于斜齿轮优化设计的研究主要集中在减小体积方面,一般不考虑传动平稳性.本文对减小体积和提高传动平稳可靠性两个目标进行了联合优化,这对于齿轮传动设计具有理论指导意义.     

风力机概念设计阶段塔架结构的可靠性设计

为解决风力机设计过程中研发周期长、潜在隐患多、风险大、成本高等问题,将概念设计可靠性设计方法运用到风力机塔架设计中。在概念设计阶段,通过概算的方法建立了塔架的可靠性数学模型,对其进行了受力分析、失效模式分析,并进行了参数化优化;以风力机塔架总体积以及塔架装机成本最小化为设计目标,在风力机塔架可靠性优化设计模型上对某型号1.5 MW风力机塔架进行了评价。研究结果表明,通过采用可靠性设计优化方法,一方面可以在保证塔架强度、刚度、稳定性基本不受影响的情况下,减小风力机塔架的壁厚,从而缩减塔架的总体积,在一定程度上减少塔架的成本;另一方面,塔架成本随着塔架下端外径的增加而降低。     

基于MATLAB的多级齿轮传动多目标可靠性优化设计研究

机械可靠性优化设计是以机械产品的可靠度作为目标函数或约束条件,运用优化设计方法获得最佳设计方案的现代设计方法。本研究以三级斜齿圆柱齿轮减速器可靠性优化设计为例,以减速器体积最小、传动平稳可靠为目标函数,将强度设计可靠性纳入约束条件,建立多级齿轮传动多目标可靠性优化设计数学模型,利用MATLAB优化工具箱进行可靠性优化设计。     

基于MATLAB的双圆弧齿轮传动模糊可靠性优化设计

将GB/T12759-1991型双圆弧齿轮作为分析对象,运用模糊数学理论和可靠性优化设计方法,考虑圆弧齿轮传动中许用应力的随机性和模糊性,以圆弧齿轮传动中弯曲强度和接触强度的模糊可靠度以及齿轮的模数、齿数、螺旋角、纵向重合度等为约束条件,以一对圆弧齿轮体积最小为优化目标,建立了双圆弧齿轮传动的模糊可靠性优化设计数学模型,并给出实际算例,结果表明,用模糊可靠性优化设计方法进行圆弧齿轮设计具有更好的合理性。     

高速重载齿轮传动多目标优化设计研究

针对高速重载工况,以齿轮传动的动载系数和齿面接触应力为优化设计目标函数,齿轮基本参数为设计变量,建立了圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型,分析了设计变量对齿轮传动接触强度和弯曲强度的影响,采用线性加权法求解了齿轮传动的多目标优化问题.结果表明,以动载系数和齿面接触应力为目标函数的多目标优化设计与以最小体积为目标函数的单目标优化设计相比,优化后的动载系数和齿面接触应力更小,达到了减小系统振动和噪声,提高齿轮传动的承载能力的目的,为高速重载齿轮传动设计奠定了基础.     

基于齿轮箱整体模型的齿轮有限元接触分析

提出了一种应用叠加原理计算齿轮箱整体变形的方法,包括箱体、轴承、传动轴和齿轮的变形。重点阐述了利用ANSYS刚体耦合功能生成齿轮箱体柔度矩阵,建立柔度矩阵、载荷向量、变形向量三者关系方程,从而计算箱体变形的方法。以风力发电增速器齿轮箱为例,分析齿轮箱整体变形对支点反力和齿面接触应力及齿根弯曲应力的影响。     

A study on the design of a new power transmission for wind turbines

The single-rotor wind turbine remains the dominant design for energy production. However, this design requires improvements to overcome some of its limitations. The introduction of the dual rotor system regarded as improvement over the single-rotor system in Korea due to its high efficiency, despite Korea’s low wind quality. Many researchers have attempted to devise different dual rotor machines and assess their power production capabilities under similar wind conditions to those in Korea. Existing power transmissions for dual-rotor wind turbines have issues with the complexity of design, difficulty in manufacturing, high costs and low efficiencies. Therefore, the aim of this study was to design a new power transmission for the dual-rotor wind turbine with an alternative to the bevel-planetary system by using a planetary system. This new method is dependent on the torque ratio and not the gear ratio as in common gear systems. The design and analysis of each part, such as the gears, shafts, bearings and control mechanisms are included in this study. The design is based on the power transmission of a motor vehicle. A prototype of the design is manufactured to verify the proposed method. The experimental results show that the new planetary-type gear box incurs fewer energy losses, has a high efficiency and low manufacturing costs. It is anticipated that the proposed design might be suitable for use with commercial wind turbines.     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

基于MW级风力机齿轮啮合的有限元分析

随着风力机制造量级越来越大,传动扭矩增大,齿轮的设计越来越重要,否则齿轮很快出现疲劳点蚀导致损坏。运用有限元方法对MW级风力机齿轮进行参数化APDL精确建模,建立一对啮合齿轮模型,然后进行网格划分,生成有限元模型,计算齿轮啮合时的接触应力和弯曲应力。并和GB/T3480-1997接触应力理论公式比较,验证了有限元方法的正确性,同时得出齿轮接触应力分布和最大应力产生的部位及弯曲应力比接触应力小的多。从而为风力机齿轮的设计提供不同材质、不同型线的快速研究提供可能,同时为齿轮的设计提供依据。     

基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立了考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度、综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到了各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力,并求得齿轮的使用系数、齿轮和轴承的载荷系数。在此基础上,建立了基于动力学的风电齿轮传动系统可靠性评估模型,并求得了各零件及传动系统的可靠度,较全面地评价了随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统的可靠性,为风力发电机齿轮传动系统可靠性设计和动态优化奠定了基础。     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

关于风力发电机齿轮啮合传动的有限元分析

以风力发电机齿轮传动为研究对象,借助理论和有限元数值模拟方法,对传动过程中齿轮接触应力规律及动态特性进行了研究。利用ANSYS中的APDL语言编写了齿轮参数化建模程序,并建立了齿轮三维实体模型;通过解决网格划分、材料属性和接触对建立等关键技术,建立了齿轮啮合力学模型;通过设置控制节点,施加转速和扭矩,实现了齿轮的非线性动态啮合过程模拟;最后,对齿轮进行模态分析,获得了其固有频率和振型,为齿轮的动态设计提供了基础数据。     

基于有限元分析的斜齿轮搅油功率损失测算及实验验证

引入流体力学的两相流理论、轴流风机和径流风机的动量定理,对单个斜齿轮的搅油功率损失进行了有限元数值估算。考虑流体的黏性、密度,齿轮的螺旋角、模数、齿数、转速,周边工作温度,箱体尺寸,重力加速度和润滑油浸没深度等参数的影响,使用有限元流体力学软件Fluent对多组不同参数斜齿轮的三维搅油流场和搅油功率损失进行了数值仿真。进一步通过实验数据对数值仿真结果的部分参数进行了验证和比对,证明了中低转速条件下可以使用仿真的方法预估搅油功率损失的数值。研究结果也为后续啮合状态下的斜齿轮组搅油功率损失的数值计算提供了方法依据和理论参考。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。