风力发电机齿轮传动系统动态优化设计方法.pdf

第22卷第2期黑龙江八一农垦大学学报22（2）：40~43
2010年4月Journal黑of龙江八一农垦大学学HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity报Apr.2010第22卷

文章编号：1002-2090（2010）02-0040-04

风力发电机齿轮传动系统动态优化设计方法

黄文怡1，梁波2，户春影1，代洪庆1
（1.黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆163319；2.汉维风力发电成套设备(大庆)有限公司）

摘要：以系统体积、重量最小和传动构件的扭转振动加速度最大值最小为目标函数，以传动构件的扭转振动加速度均方根值
为动态性能约束，建立时变外载荷下系统的动态优化设计模型，采用混合离散变量优化方法进行优化。

关键词：风力发电机；齿轮传动；动态优化设计

文献标识码：
中图分类号：TH132.41A

DynamicOptimizationDesignoftheGearTransmission
SystemfortheWindTurbine

HuangWenyi1，LiangBo2，HuChunying1，DaiHongqing1
（1.CollegeofEngineering，HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity，Daqing163319;
2.HanWeiWindPowerEquipment(Daqing)Corporation)

Abstract：Basedondynamicmodel，selectnumberofteeth，modulusandhelixangleetcasthedesignvariable，thedynamic
optimizationdesignmodeloftransmissionsystemofwindturbineisbuilt，whichaimsatreducingthetotalmassandreducingthe
vibrationlevel.

Keywords：Windturbine；Geartransmissionsystem；Dynamicoptimizationdesign

风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比，决定了对其系统的优化设计，既要从其动力学特性
风力发电不依赖外部能源，没有燃料价格风险，发电出发，又要从减少重量/体积的要求出发，本文在机械
成本稳定，也没有碳排放等环境成本；此外，可利用系统动态优化设计理论的基础上，建立了1.5MW风
的风能在全球范围内分布都很广泛。正是因为有这力发电机齿轮传动系统的动态优化设计模型。优化
些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续目标函数为传动系统体积/重量最小和振动加速度峰
发展战略的重要组成部分。风电产业的飞速发展促值最小。
成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电
风力发电机齿轮传动系统结构
机组中最重要的部件，倍受国内外风电相关行业和1
研究机构的关注。1.5MW风力发电机齿轮传动系统采用一级
风力发电齿轮传动系统在工作中常常受到由风NGW行星齿轮和两级斜齿轮传动，其结构图如图1
速变化引起的复杂随机动载荷作用而引起结构的动所示。
强度破坏。这些附加动载荷产生的振动和冲击，其危风力发电系统通过风力机叶片把风能转变成机
害程度不仅和风力发电机齿轮传动系统的运行环境械能，然后通过主轴传递给行星架，作为齿轮箱的输
有关，而且还与结构本身的动态特性密切相关。由于入，通过齿轮箱增速，由高速端输出驱动发电机转变
风力发电机齿轮传动系统工作环境的特殊性（主要成电能。
是风载变化的随机性和处于高空支架的运行环境），

收稿日期：2009-12-16
作者简介：黄文怡(1982-)，女，助教，哈尔滨理工大学硕士研究生毕业，现主要从事机械工程方面的教学与研究工作。
第2期黄文怡等:风力发电机齿轮传动系统动态优化设计方法41

化处理得

考虑到风力发电齿轮箱的体积和振动的重要程
度，经过多次计算比较分析，各加权系数取为：

3齿轮传动系统动态优化设计模型设计变量
在齿轮传动系统中，对系统动态性能影响较大
的参数有齿数、模数、变位系数、压力角、修形量等，
图1风力发电齿轮传动系统结构图
它们可作为优化设计变量，其他的一些变量可用常
Fig.1Sketchofthegeardrivesystemof
规方法求得本文取太阳轮齿数，行星轮齿数，
thewind-drivengenerator。ZsZp
法面模数，齿宽，变位系数，太阳轮与行星轮啮
p—行星轮r—内齿轮c—行星架s—太阳轮1—一级主动mbxs

斜齿轮2—一级从动斜齿轮3—二级主动斜齿轮4—二级合角asp，行星轮与内齿轮啮合角arp为设计变量，将
从动斜齿轮输入转矩输出转矩
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