摘 要

能源是人类社会千百年来发展的基础，在物质生活不断丰富精神生活不断饱满的今天，能源危机正渐渐成为阻碍人类进步的一大难题。人们需要更多的新型能源来支撑人类的发展，而风能作为典型的清洁能源，在减少温室气体排放、减轻环境污染等方面有着很突出的作用，已被全世界各国的人民认知与接受，正慢慢成为一种不可或缺的资源。

通过使用全方面的工程手段，例如通过使用风力机，通过把风所产生的动能有效地转换为可利用的产业能源。其中，齿轮箱作为风力发电机中一个关键的机件，在其运行过程中扮演着不可或缺的角色。但目前我国的风力发电机组大多数依赖进口，这意味着其成本之高昂，且发电机组本身存在着难以维修的问题，一旦出现故障就意味着将损耗大量财力去解决问题。这些难题都制约着我国风电技术的发展与进步。因此，齿轮箱的国产化与优化就成了迫在眉睫的一大问题。

通过对齿轮箱的优化设计不仅能满足其设计要求，而且在这基础上使得齿轮箱的体积、质量都得到缩减，从而得以降低其生产成本。这一设计必定将在风电领域拥有广阔的市场。

关键词：风力齿轮箱；优化设计；MATLAB

Wind Gear Optimization Design

Abstract

Energy is the basis for the development of human society for thousands of years, in the material life continue to enrich the spiritual life is constantly full today, the energy crisis is gradually becoming a major obstacle to human progress. People need more new energy to support the development of mankind, and wind energy as a typical clean energy, in reducing greenhouse gas emissions, reduce environmental pollution has a very prominent role, has been the people around the world awareness and acceptance, Is slowly becoming an indispensable resource.

Wind energy through the use of comprehensive engineering technology, the use of wind turbines will be the wind kinetic energy into mechanical energy, electricity and heat and so on. Among them, the gear box as a wind turbine in an important mechanical parts, in the wind turbine play an indispensable role. However, most of China's wind turbines rely on imports, which means that the cost of high, and the generator itself is difficult to repair the problem, once the failure means that will lose a lot of money to solve the problem. These problems are restricting the development of China's wind power technology and progress. Therefore, the localization and optimization of the gearbox has become a big problem of imminent.

The optimal design of the gearbox not only meets its design requirements, but also reduces the volume and quality of the gearbox to reduce its production costs. This design will certainly have a broad market in the field of wind power.

Key words: Wind gear box; Optimized design; Matlab

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 对风能的研究与发展现状 2

1.3 风力发电机的原理 3

1.4 风电齿轮箱的工作原理 3

1.5 风电齿轮箱的优化方法 4

1.6 行星齿轮传动的特点 4

1.7 论文研究的主要内容 6

1.8 本章小结 6

第二章 传动方案选型 7

2.1 已知条件 7

2.2 产品特点与传动示意图 7

2.3 将已知条件进行推算 8

2.4 本章小结 8

第三章 传动比的优化设计 9

3.1 建立目标函数 9

3.2 建立约束条件 9

3.2.1 齿轮不根切的条件 9

3.2.2 传动比约束条件 9

3.2.3 同心条件 9

3.2.5 邻接条件 10

3.2.6 模数约束 10

3.2.7 齿轮接触强度条件 10

3.2.8 齿轮弯曲强度条件 11

3.3 建立齿轮箱数学模型 12

3.4 本章小结 13

第四章 使用MATLAB处理数据求最优值 14

4.1 MATLAB软件介绍 14

4.2 建立目标函数M文件 14

4.3 建立约束函数的M文件 14

4.4 求解 15

4.5 验算 15

4.6 优化结果与原设计的对比 16

4.7 本章小结 16

第五章 总结与思考 17

致谢 18

参考文献 20

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

当今社会，随着科技的发展，人们的生活变得越来越丰富多彩，科技的进步推动着人类文明的前进。但很多问题也同时出现在大众的视野中，大家越来越关注这些污染问题、能源减少等等问题。可以预见的是，人类对于能源的需求只会越来越大，这也就意味着能源问题与社会进步之间的矛盾将越来越尖锐。人们所使用的传统发电方式，例如火力发电，如图1-1所示，其对环境的污染与破坏极大，且火力发电所需要的煤和石油等资源都属于不可再生能源，总有一天会在这个星球上枯竭。因为如此，所以更要加快企业的升级，完成传统产业向新兴产业的转化，更加有计划的对能源的使用，提高对传统能源的保护，加强大众对此进行保护的观念，加快完成能源的重复利用。作为大学生的我们更要带头加强对资源保护的意识。