基于ansys1.5mw风电机组斜齿轮轴有限元分析

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1、基于ANSYS的1．5MW风电机组斜齿轮轴的有限元分析孙黎李辉王红燕宁夏大学机械X-程学院宁夏750021摘要：以风电机组齿轮箱的斜齿轮轴为对象，首先将Pro／E实体模型导入ANSYS建立有限元模型，在此基础上，对斜齿轮轴进行线性静力分析，最后得出形变和应力分布结果。并以此为据判断强度和刚度条件，提出轴的改进方案，提高了设计的可靠性。关键词：大型风电机组；斜齿轮轴；有限元分析中图分类号：TP391．72：TH133．2文献标识码：A文章编号：1001—0785(2010)06—0020—03Abstract：Someh

2、elicalgearshaftofwindturbinegeneratorgearboxistakenastheobject．Pro／EsolidroodelistransformedintoANSYStoestablishfiniteelementmodelfirst；onthisbasis．theanalysisonlinearstaticforeeofs0mehel—icalgearshaftisconducted；thedeformationandstressdistributionresultisfinall

3、yobtainedtoiudgethestrengthandrigid．nesscondition，proposeimprovementschemeonshaft，andimprovethereliabilityofschemedesign．Keywords：largewindturbinegeneratorunit；helicalgearshaft；finiteelementanalysis在机械设备中，轴是组成机器的主要零件之1风力发电机齿轮箱常见故障一，用于支承回转零件及传递运动和动力。《风力风力发电机的齿轮箱是

4、受无规律变向载荷风发电机组规范》要求轴均应进行静强度和疲劳分力作用及强阵风冲击变载荷条件下的重载、增速析，本文进行静强度分析。齿轮传动。齿轮箱可以将很低的风轮转速2斜齿轮轴的模型导入(1500kW的风机通常为17．3r／min)变为很高的发电机转速(通常为1800r／rain)。同时也使得发分析对象是齿轮箱输出端的斜齿轮轴，Pro／E电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。实体模型导入ANSYS中。简化时对分析结果影响据数据分析，风电系统的失效率12％来自齿不大的可以删除，以减少计算量和计算时间。根轮箱的失效，约是工业

5、齿轮箱平均失效几率的2据多次分析试验证明，轴阶梯处倒角和圆角以及倍。齿轮箱的失效是导致故障时间、维修和产量螺纹孔对分析结果影响不大。但是，ANSYS软件减少的主要原因，一般其损失要占风电设备总价分析耗时，所以，忽略轴阶梯处倒角和圆角等。的15％～20％。其中齿轮和轴承问题对于失效的高速轴是斜齿轮轴，转矩由斜齿轮传人，通过影响最大。齿轮箱常见故障见表1。轴肩处的平键传递到后续零部件。图1是简化后的表1齿轮箱的常见故障Pro／E导入ANSYS的模型，分析模型参数见表2。故障位置现象箱体结合面渗漏油等传动轴打滑、断轴等齿轮轮

6、齿折断、齿面点蚀、胶合等轴承轴承温度变化异常、轴承位置异常等各润滑点油温高、润滑油黏度变低、供油不足等图1简化后的Pro／E导人ANSYS的模型宁夏回族自治区科技攻关计划项目(2007GG~9)一20一《起重运输机械》2010(6)表2啮合齿轮基本参数4．2单元材料特性高速轴小齿轮中间轴大齿轮复杂实体模型通常由CAD软件导人ANSYS进行分析。该计算定义长度单位是mm、时间单位是啮合类型斜齿外啮合S，质量单位是t，力单位是N，压力、应力或杨氏总扭矩T／(N·in)7934模量的单位是MPa，密度单位为t／mm，重力加速

7、度是9800mm／s，输入参数为EX=2．1X10齿宽B／mm150MPa，y=0．3，DENS=7．9X10一t／mm。螺旋角8／(。)l2斜齿轮轴的有限元网格划分模型见图2。在受齿形角a／(。)20力集中的齿和键槽处细化了网格，最终生成31056弹性模量E／Pa206000个单元，47239个节点。齿数。2095分度圆直径D／mm143．128679．856齿顶圆直径D／mm161．221694．674齿根同直径D／mm129．828663．2803受力分析图2斜齿轮轴有限元模型该轴主要承受自重并传递扭矩，在连接后

8、续零部件端有一扭矩，转化为键槽侧面的均布力，4．3边界条件确定轮齿处为齿面法向的均布力。针对齿轮箱斜齿轮轴的具体结构，约束包括：圆周力①由于轴向是由轴肩约束的，所以在轴肩处加了F=F／cosfl=27654N移动约束；②因为是静力分析，可认为轴的瞬间固定不动，所以，在2轴承端施加了全约束。载合力荷包括：首先施加重力于整体，受力分析