海上风电齿轮箱柔性销结构有限元优化设计
                                           尚振国1，陈凤艳2，蔡卫国1，武力波1
c                                          1.大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁 大连  116023
                                             2.大连华锐重工集团股份有限公司，辽宁 大连116035
     简要介绍了柔性销的结构和工作原理。以体积最小为目标函数，以销轴直径及长度、泄荷槽直径及长度为设计变量，以柔性销的变形位移量和柔性销中的应力为状态变量，应用ANSYS有限元尺寸优化方法对某8MW海上风电齿轮箱中的柔性销进行结构优化设计。最终确定的柔性销尺寸参数满足设计要求。
     柔性销由英国发明家Ray Hicks在1967年发明［1 ，随后FOX&JALLAT［2、MONTESTRUC［3］等对柔性销的结构进行了改进。目前应用的主要是集成式柔性销［4］，即将柔性销和轴承合为一体，套筒作为轴承内圈，行星轮作为轴承外圈，以使柔性销结构更加紧凑。虽然学者们对于柔性销的性能分析做了很多研究工作［5，但对于柔性销的设计尚未提出一套规范的方法。
    由于安装、运输、维护费用高等因素，海上风力发电常采用5MW以上大功率风力发电机组，机组中的增速齿轮箱应用了柔性销均载技术。在国外，如SMT、orbit2等都在使用这种技术；在国内，杭州齿轮箱厂从国外引进柔性销技术，应用于3.6MW以下风电齿轮箱中。下面以某8MW海上风电齿轮箱中的柔性销为例，应用ANSYS有限元分析软件的尺寸优化功能对柔性销结构进行优化设计，为工程技术人员开发应用柔性销技术提供一点借鉴。

1柔性销简介
    柔性销优点之一是便于实现行星齿轮传动机构中多个行星轮间载荷的均匀分配，并且结构紧凑。图1为柔性销轴行星传动机构原理示意图，图中F是行星轮作用于柔性销上的载荷，L是柔性销到行星架的距离。柔性销两端的弯矩M1=FL/2，M2=FL- M1，故有M1= M2，即柔性销中点位置
的弯矩为零。因此，可将柔性销看作是以其中点为固定支点的两个悬臂梁，在其产生“S”状变形后两端轴线仍保持相对平行6。如此既能避免行星轮沿齿宽方向发生偏载，又使得行星轮具有一定的退让性，从而实现多个行星轮之间载荷的均匀分配。

2有限元优化模型
    1）目标函数：以柔性销轴总体积最小，即min（Volume）为优化目标［7］。
    2）设计变量：由于行星架固定端和套筒固定端的配合尺寸分别由行星架和套筒的相关尺寸确定，因此其不作为设计变量。设计变量为销轴直径D1及长度L1、泄荷槽直径D2及长度L2，如图2所示。.......



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基金项目：辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2012261）
作者简介：尚振国(1969—)，男，辽宁大连人，大连海洋大学副教授，博士，主要从事风力发电装备与技术研究。



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