风电传动系统轴承多目标优化设计

袁海良，邱 俊，王 智，王德伦

(大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024)

作者简介：袁海良(1992—)，男，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论，yuanhailiang_dlut@126.com.

摘要：以典型风电机组主轴传动系统构型为例，根据轴系的结构特点构建了轴系的力学模型。选择轴承的体积、寿命作为优化指标，构建多目标优化函数；综合考虑轴承内部及轴承之间的几何结构约束与性能要求，建立优化约束函数；确定优化设计变量，建立了主轴轴承优化模型。将建立的优化模型应用于某型号主轴轴系的优化设计，对比了不同优化目标下的体积、寿命的优化结果，通过RomaxDesigner进行验算，验证了模型与算法的有效性与合理性。

关键词：轴承；数学模型；多目标；优化设计

中图分类号：TH132.4   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)10-0021-06

作为风力发电机组的核心部件，主轴传动系统轴承的性能直接影响轴系的安全性、稳定性。设计轴承的过程中，评价指标不同会导致轴承结构参数的差异。目前，轴承结构设计的效率低、周期长，如何改进轴承的设计方法成为提高轴承结构设计效率的关键。

近年来国内外学者对轴承的优化设计均做了相关的研究。文献^［1］通过ISIGHT与MATLAB软件的联合运用完成双列圆锥滚子轴承（DTRB）的优化设计；文献^［2］将改进的自适应遗传算法应用于圆锥滚子轴承的优化设计；文献^［3］基于遗传算法进行了双列圆锥滚子轴承的优化设计；文献^［4］综合研究了双列圆锥滚子轴承的受力及润滑状况；文献^［5］在实验数据和理论模型的基础上，将有限元法与多响应面优化相结合，寻找到双列圆锥滚子轴承的最佳运行工况；文献^［6］基于FEM（finite element method）与RSM（response surface methodology）对圆柱滚子轴承（CRB）进行优化设计；文献^［7］借助MATLAB的fmincon命令完成圆柱滚子轴承的优化设计；文献^［8］运用遗传算法完成了圆柱滚子轴承的优化设计；文献^［9］运用人工蜂群算法完成了圆柱滚子轴承的多目标优化设计。当前的研究方法多数只考虑单目标优化，且未综合考虑轴系中的全部轴承。为此，本文以某型号双馈式风电机组的轴系为例，在综合考虑全部轴承的基础上，建立其优化的数学模型，借助MATLAB实现轴承的结构参数优化设计。