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1.本发明涉及风电齿轮箱技术领域，具体涉及一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统模块设计参数优化方法。
60”双碳目标的关键途径之一，我国风资源储量超10亿千瓦，开发潜力巨大。截止2020年底，我国风电累计装机容量约279gw(gigawatt，装机容量的单位)，位居世界第一，然而我国海上风电平均度电成本约为0.85元/kwh，距离平价上网仍有很大的差距。发展具有超高的性价比的大功率增速型风电机组是降低度电成本，实现海上风电平价上网的有效措施之一。目前市场上采用的半直驱型风电齿轮箱，将主轴和电机整合为一体，缩短传动链从而增加功率密度，因此对超紧凑半直驱型风电齿轮箱需求很大。为越来越好的减少相关成本，通常加大机型的发电功率。而加大机型的发电功率需用增加主轴承的尺寸，由于主轴承价格高昂，因此这样的方式对降低成本的效果不大。且设计较大尺寸的主轴承需要定制，可靠性低。因此需用一种强度均等、体积最小、功率密度最大的柔性销轴式风电齿轮箱。这样的柔性销轴式风电齿轮箱不要增加主轴承的尺寸，只需要合适的柔性销轴即可满足规定的要求，而柔性销轴相比主轴承价格更低，因此降低了成本。
3.柔性销轴技术属于弹性构件均载技术，它将行星轮固定在柔性的行星架上，达到行星齿轮间的载荷均布。柔性销轴需要能够在圆周方向独立承受弯曲，这样无论传递扭矩多大，都比较有利于行星齿轮间的载荷均匀分配。然而在柔性销轴的设计过程中，销轴柔性太强，容易使行星轮在重力和扭矩综合作用下造成径向变形过大，产生轮齿楔入现象，造成齿轮驱动侧与非驱动侧均产生接触，进而增大系统冲击振动，导致行星级太阳轮和行星轮啮合时，两齿轮之间发生过渡曲线干涉。因此，需要优化柔性销轴式风电齿轮箱传动系统中的设计参数，以避免轮齿楔入现象的柔性销轴，实现齿轮正常啮合，从而能够降低风电齿轮箱的制作成本。
4.针对现存技术存在的不足，本发明提出一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统模块设计参数优化方法，降低了风电齿轮箱的制作成本。
6.在第一种可实现方式中，一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统模块设计参数优化方法有：根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸；根据柔性销轴能承受的最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围；根据柔性销轴的最大剪切应力确定柔性销轴的第二直径范围；根据柔性销轴的最大变形量确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围；根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围，按照柔性销轴式风电齿轮箱传动系统各部件体积之和最小、强度均等、功率密度最大为优化目标函数，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的
7.结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸，按照以下方式计算：dn＝m
8.结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，还包括：通过计算获得柔性销轴能承受的最大正应力；其中，σ
为柔性销轴的最大正应力，kw为制造和安装误差对柔性销轴的载荷影响系数，π为圆周率，fc为行星轮支撑柔性销轴受力，l为柔性销轴长度，d为柔性销轴直径。
9.结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据柔性销轴能承受的最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围，包括：确定柔性销轴的安全系数和许用正应力；在安全系数等于许用正应力与最大正应力之比的情况下，确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围。
10.结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，还包括：通过计算获得柔性销轴的最大剪切应力；其中，τ
为柔性销轴能承受的最大剪切应力，π为圆周率，d为柔性销轴直径，n为风电齿轮箱中单级行星系的行星轮个数，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩，rc为太阳轮与行星轮之间的中心距。
11.结合第五种可实现方式，在第六种可实现方式中，根据柔性销轴的最大剪切应力确定柔性销轴的第二直径范围，包括：确定柔性销轴的许用切应力；在最大剪切应力小于或等于许用切应力的情况下，确定柔性销轴的第二直径范围。
12.结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，还包括：柔性销轴的最大变形量的计算方式如下：
其中，y为柔性销轴的最大变形量，d为行星齿轮节圆直径，m为柔性销轴远离行星架的末端受到的弯矩，l为柔性销轴长度，e为柔性销轴的弹性模量，e与柔性销轴的材料有关，i为柔性销轴的截面惯性矩，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩，π为圆周率，n为风电齿轮箱中单级行星系的行星轮个数。
结合第七种可实现方式，在第八种可实现方式中，根据柔性销轴的最大变形量确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围，包括：获取齿轮径向间隙；在最大变形量小于或等于齿轮径向间隙与齿楔系数之积的情况下，确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围。
结合第一种可实现方式，在第九种可实现方式中，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数，包括：获取风电齿轮箱传动系统中的各部件最小体积之和；获取接
触疲劳应力等强度的第一目标函数和弯曲疲劳应力等强度的第二目标函数；在各部件最小体积之和、第一目标函数和第二目标函数三者的强度相等的情况下，根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数。
结合第一种可实现方式，在第十种可实现方式中，优化设计参数包括齿数、齿宽、变位系数、模数、柔性销轴直径、柔性销轴长度和行星齿轮节圆直径。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：根据柔性销轴能承受的最大正应力、最大剪切应力和最大变形量获取柔性销轴的长度范围和直径范围，以使设计出的柔性销轴在圆周方向独立承受弯曲，便于行星齿轮间的载荷均匀分配；根据最大变形量获取行星齿轮节圆直径范围，按照柔性销轴式风电齿轮箱传动系统各部件体积之和最小、强度均等、功率密度最大为优化目标函数，利用根据内齿圈外径尺寸、柔性销轴的长度范围和直径范围、以及行星齿轮节圆直径范围对柔性销轴式风电齿轮箱传动系统中的设计参数来优化，避免了行星轮在重力和扭矩综合作用下造成径向变形过大而产生的轮齿楔入现象，降低了风力电齿轮箱的成本。
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现存技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现存技术描述中所需要用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按着实际的比例绘制。
图2为本发明实施例提供的一种柔性销轴式风电齿轮箱传动系统模块设计参数优化方法的示意图；
1-太阳轮，2-内齿圈，3-柔性销轴，4-行星轮，5-行星架，6-柔性销轴，7-销套。
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在一些实施例中，图1为行星级齿轮的示意图。如图1所示，行星级齿轮包括太阳轮1，内齿圈2，柔性销轴3和行星轮4。d为柔性销轴直径，dn为内齿圈直径。
结合图2所示，本实施例提供了柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的设计参数优化方法，包括：
步骤s02、根据柔性销轴能承受的最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围；
步骤s04、根据柔性销轴的最大变形量确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围；
步骤s05、根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围，按照柔性销轴式风电齿轮箱传动系统各部件体积之和最小、强度均等、功率密度最大为优化目标函数，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数。
可选地，根据内齿圈模数和内齿圈齿数确定内齿圈外径尺寸，按照以下方式计算：dn＝m
在一些实施例中，内齿圈固定在齿轮箱框架中，根据柔性销轴式风电齿轮箱的齿轮箱框架确定内齿圈外径的尺寸dn，齿圈和模数的乘积不变。
可选地，获取柔性销轴能承受的最大正应力包括：通过计算获得柔性销轴能承受的最大正应力；其中，σ
为柔性销轴的最大正应力，kw为制造和安装误差对柔性销轴的载荷影响系数，π为圆周率，fc为行星轮支撑柔性销轴受力，l为柔性销轴长度，d为柔性销轴直径。
可选地，通过计算获得柔性销轴的支撑力；其中，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩，rc为太阳轮与行星轮之间的中心距。
可选地，如图3-a所示，行星轮4通过销套7和柔性销轴6固定在行星架5上，柔性销轴和销套为双悬臂结构。d为柔性销轴的直径，当输入力矩施加于行星架上时，行星轴上齿宽中心的受力为f。当行星轮受载时，行星系统的齿轮均为直齿，行星轮支撑柔性销轴受力fc等价为行星轴上齿宽中心的受力f。其中，i为柔性销轴的截面惯性矩，其中，在一些实施例中，柔性销轴长度l等于行星轮轴承内圈与销套的配合长度。
可选地，制造和安装误差对柔性销轴的载荷影响系数kw的取值范围为1.35～1.5。
可选地，根据最大正应力确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围，包括：确定柔性销轴的安全系数和许用正应力；在安全系数等于许用正应力与最大正应力之比的情况下，确定柔性销轴的第一长度范围和第一直径范围。
通过设置安全系数等于许用正应力与最大正应力之比，使得无论是什么应力状态，最大正应力都不会达到与柔性销轴材料性质有关的某一极限值，从而避免了材料发生断裂。
可选地，安全系数等于许用正应力与最大正应力之比通过下列方式来进行计算：其中sf为柔性销轴的安全系数，根据机械设计手册确定sf≥1.5，[σ]为柔性销轴的许用正应力，单位mpa。
可选地，获取柔性销轴能承受的最大剪切应力包括：通过计算获得柔性销轴的最大剪切应力；其中，τ
为柔性销轴能承受的最大剪切应力，π为圆周率，d为柔性销轴直径，n为风电齿轮箱中单级行星系的行星轮个数，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩，rc为太阳轮与行星轮之间的中心距。
可选地，根据最大剪切应力确定柔性销轴的第二直径范围，包括：确定柔性销轴的许用切应力；在最大剪切应力小于或等于许用切应力的情况下，确定柔性销轴的第二直径范围。
通过设置最大剪切应力小于或等于许用切应力，使得无论什么应力状态，只要最大剪切应力达到与柔性销轴材料性质有关的某一极限值，材料就发生屈服，来保证柔性销轴能够在圆周方向独立承受弯曲。
在一些实施例中，柔性销轴的第二直径范围的计算过程为：a为柔性销轴横截面面积，[τ]为柔性销轴的许用切应力，单位mpa，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩。
其中，y为柔性销轴的最大变形量，d为行星齿轮节圆直径，m为柔性销轴远离行星架的末端受到的弯矩，l为柔性销轴长度，e为柔性销轴的弹性模量，e与柔性销轴的材料有关，i为柔性销轴的截面惯性矩，tc为输入力矩作用在行星架上的扭矩，π为圆周率，n为风电齿轮箱中单级行星系的行星轮个数。
在一些实施例中，柔性销轴在远离行星架的末端受到的弯矩m的计算过程为：如图3-b所示，m为柔性销轴在远离行星架的末端受到的弯矩，d为行星齿轮节圆直径，f为行星轴上齿宽中心的受力。
其中，y1为弯矩作用下柔性销轴产生的最大变形量；y2为径向力作用下柔性销轴产生的最大变形量；ei为抗弯刚度。
可选地，根据柔性销轴的最大变形量确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围，包括：获取齿轮径向间隙；在最大变形量小于或等于齿轮径向间隙与齿楔系数之积的情况下，确定柔性销轴的第二长度范围和行星齿轮节圆直径范围。
可选地，通过计算获得齿轮径向间隙。如图4所示，δ为齿轮径向间隙，bq为齿轮啮合期间的齿侧间隙，αq为啮合压力角。
可选地，最大变形量小于或等于齿轮径向间隙与齿楔系数之积，且，最大变形量大于或等于0。即，最大变形量y的取值范围为0≤y≤ηδ。其中η为齿楔系数，η与齿形相关。
通过设置最大变形量y的取值范围，避免了柔性销轴受到重力和切向力的同时作用时，行星轮受到径向变形。避免了当行星轮和太阳轮、行星轮和内齿圈之间相对径向运动超过规定的齿轮径向间隙δ时齿轮发生齿楔现象。这样，通过约束柔性销轴的最大变形量来确定柔性销轴的长度，避免了传动失效，同时，还确定了行星齿轮节圆直径范围。
可选地，获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数，包括：获取风电齿轮箱传动系统中的各部件最小体积之和；获取接触疲劳应力等强度的第一目标函数和弯曲疲劳应力等强度的第二目标函数；在各部件最小体积之和、第一目标函数和第二目标函数三者的强度相等的情况下，根据内齿圈外径尺寸、第一长度范围、第二长度范围、第一直径范围、第二直径范围和行星齿轮节圆直径范围获取柔性销轴式风电齿轮箱传动系统的优化设计参数。
可选地，通过计算v＝∑v1+∑v2获得风电齿轮箱中的各部件最小体积之和；其中，v1为一级行星级中各齿轮体积和一级行星架体积；v2为二级行星级中各齿轮体积和二级行星架体积。
可选地，各部件最小体积之和、第一目标函数和第二目标函数三者的强度相等，则有其中，x＝[z,b,xn,mn,d,l,d]
表示矩阵转置，z为齿数，b为齿宽，xn为变位系数，mn为模数，d为柔性销轴的直径，l为柔性销轴的长度，d为行星齿轮节圆直径。求解等式得到齿数、齿宽、变位系数、模数、行星齿轮节圆直径、柔性销轴直径、柔性销轴长度的优化参数。
为重合度系数，m为齿轮模数，n为行星级中行星轮个数，为齿宽系数，z为齿数，σf为齿根弯曲疲劳应力，[σ]f为齿根弯曲疲劳许用应力。
为重合度系数，u为传动比，σh为齿根接触疲劳应力，[σ]h为齿根接触疲劳许用应力。
通过接触疲劳应力等强度的第一目标函数和弯曲疲劳应力等强度的第二目标函数来优化设计参数，使得柔性销轴式风电齿轮箱功率密度最大。通过各部件最小体积之和、第一目标函数和第二目标函数三者的强度相等，使得柔性销轴有较好的均载特性的同时，柔性销轴产生的变形量不会导致齿轮干涉，优化了柔性销轴的尺寸。使得每一级行星级齿轮设计的接触疲劳应力更加均衡，达到等强度设计的要求，大幅度的提升了齿轮箱的功率密度，具备较强的实用性。
可选地，优化设计参数包括齿数、齿宽、变位系数、模数、柔性销轴直径、柔性销轴长度和行星齿轮节圆直径。
通过优化齿数、齿宽、变位系数、模数，柔性销轴直径，柔性销轴长度，行星齿轮节圆直径，使得柔性销轴在圆周方向独立承受弯曲，便于行星齿轮间的载荷均匀分配，避免了行星轮在重力和扭矩综合作用下造成径向变形过大而产生的轮齿楔入现象，进而可提供一种强度均等、体积最小、功率密度最大的柔性销轴式风电齿轮箱，降低了风力电齿轮箱的成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案做修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
1.计算机网络安全 2.计算机仿线.网络安全；物联网安全 、大数据安全 2.安全态势感知、舆情分析和控制 3.区块链及应用
