基于VB 的一种风电增速箱齿轮传动系统体积计算分析软件的设计

张耀丹1 兰　菲2

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300；

2.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077）

【摘　要】以一种兆瓦级风电增速齿轮箱传动系统为研究对象，通过Visual Basic语言进行可视化编程，设计了一种该种类型传动系统的体积计算分析软件，实现了在设计范围内调节各级传动比来得到不同传动比下，传动系统各部分的体积大小，为兆瓦级风电增速箱齿轮传动系统体积的优化计算分析提供了帮助。

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关键词 风电增速齿轮箱；传动系统；体积计算分析软件；VB

作者简介：张耀丹（1985—），女，硕士，助教，主要从事汽车及机械相关领域的研究和教学工作。

风电增速齿轮箱是风力发电设备的重要组成部分，齿轮箱损坏导致风电机组故障是世界性问题[1-3]。齿轮箱的失效是导致故障时间增加、维修和产量减少的主要原因，一般其损失要占风电设备总价的15%~20%[4]。因此，要加强增速箱传动系统设计的合理性和可靠性，在动力学分析计算的基础之上，有必要对增速齿轮箱传动系统进行结构优化设计，在优化设计中传动系统的体积是优化的关键参数之一，本文将在传动系统总传动比一定，其他参数一定的前提下，跟据各分级传动比的变化对体积的影响进行分析，并基于Visual Basic语言可视化编程，设计一种传动系统体积分析软件，可以对不同传动比情况下，传动系统的体积变化进行计算分析，使优化人员的工作更加简便高效。

１　增速齿轮箱传动系统的模型

目前，国内外的大型兆瓦级风电增速箱的主要结构形式有以下三种：（１）二级平行轴结构；（２）三级平行轴结构；（３）一级行星加两级平行轴结构。在大功率风电增速齿轮箱中主要使用的是第三种结构形式，即一级行星传动加二级平行轴传动的结构形式，其传动路线为：桨叶——传动轴——收缩套——行星架——太阳轮——中间级平行轴大齿轮——中间级平行轴小齿轮——高速级平行轴大齿轮——高速级平行轴小齿轮——发电机。本文将以第三种结构形式作为研究对象，如图1所示，对该结构类型的增速箱齿轮传动系统进行体积计算分析软件的设计。

２　Visual Basic可视化编程的基础

２.1　Visual Basic的基本特点

Visual Basic是Microsoft公司推出的一个集成开发环境，非常适合初学者学习Windows系统编程。Visual Basic很好的继承了Basic语言的特点：易学易用，功能强大，简单易学，软件费用支出低，见效比较快。

Visual指的是开发图形用户界面（GUI）的方法，他不需要编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的对象拖放到屏幕上即可，这是Visual Basic最显著的特点[5]。Visual Basic是在Windows平台上使用的一种强大的开发工具，并应用于各种应用软件中，包括开发个人或小组使用的小工具和大型企业应用系统，甚至是遍及全球的分布式应用软件。Visual Basic的用途非常广泛，主要是因为其具有以下几个特点：

（1）真正的面向对象编程，开发设计人员在维护系统运行时只需修改很少的代码，加快了系统开发的速度；

（2）可视化的编程方法和导向功能，Visual Basic系统提供了大量可视化工具“控件”，利用他们可以方便直观的设计出图形界面中的各个对象，还可以通过“属性”设置等操作方便的更改其外观和其他属性，开发设计人员不用编写繁琐的程序代码就可以开发Windows程序；

（3）数据访问特性允许对包括Microsoft SQL Server和其他企业数据库在内的大部分数据库格式建立数据库和前端应用程序；

（4）事件驱动的程序设计机制，与传统的过程化应用程序不同的是Windows应用程序是通过事件来“驱动”的，程序代码的执行先后顺序不是按照事先设计好的路径来执行的，而是通过触发不同的事件，每个事件能驱动一段程序代码，在Visual Basic中这一段程序通常称为“事件过程”，是根据操作功能的需要而编写的；

（5）通过ActiveX技术可以使用其他应用程序提供的功能，比如，Microsoft Word字处理软件和Microsoft Excel电子表格等；

（6）支持Internet，很容易通过Internet访问文档和应用程序；

（7）已经完成的应用程序是真正的*.exe文件，同时提供运行时可自由发布的动态链接库（DLL）。

2.2　Visual Basic可视化程序设计的基本步骤

一般情况下，创建一个Visual Basic应用程序有四个步骤,即：界面设计；设置属性；编写代码；调试运行。

（1）界面设计

编制Visual Basic可视化程序的第一步就是设计应用程序界面，这是可视化程序设计中非常关键的一部分。需要注意以下几个方面：

第一，先弄清楚希望图形用户界面进行什么样的操作，这是最重要也是最难的一步。很多情况下，在用户创建图形用户界面的过程中还要涌现一些新的想法或发现一些新的问题，用户需要重新回到这一步进行思考；

第二，在纸上画出想要设计的图形用户界面的大致布局。很多用户可能会跳过这一步，但是从长远角度考虑，这一步可以大大节省用户的时间，并提高效率，因为在纸上反复勾画可能的图形用户界面布局要比直接在Visual Basic中创建和修改来的更快，尤其是比较复杂的布局；

第三，运行Visual Basic 6.0，根据第二步中的设计布局来选择合适的控件，比调整适当的控件位置和尺寸，完成可视化界面的布局。

（2）属性设置

属性是每个控件固有的特性，就像石头，它有硬度、颜色等属性，这些属性就构成了石头这个对象。但是每块石头的硬度、颜色和大小的属性具体值是不同的，这就是属性值。用户在窗体中创建的所有控件，都是这类控件的一个具体化实例，每一个实例都有其默认的属性值，比如标题、文字、颜色等，但这些默认的属性并不能完全满足用户的要求，那么，就必须对控件的属性进行设置。只有对各控件的属性进行了设置，才能够应用到我们所设计的图形用户界面之中，完成其的角色和任务。

（3）代码编写

将所需要的图形用户界面设计好之后，需要把这些内容连接起来，形成一个应用程序，这就是编写代码工作的目的，包括各窗体和控件的代码编写，要严格按照Visual Basic语言进行代码的编写，以实现一个良好的图形用户界面。

（4）调试运行

在将各窗体界面设计好，代码编写好之后，就可以尝试运行该程序了。按F5键或者选择“运行”菜单中的“启动”命令，就可以运行编写好的程序了。

如果在编写程序时存在错误，程序会提示出错，此时，单机“调试”按钮，就将看到程序已自动将错误语句标成黄色，仔细检查是什么错误，直到程序成功运行为止。

以上过程仅是一般原则，在设计中，步骤之间也许要交叉执行或复合执行。再设计的时候，设计和实现往往不是一步到位的，可能需要反复修改，才能获得满意的界面。

３　传动系统体积计算分析软件的设计

３.1　设计前的思考

兆瓦级风电增速箱齿轮传动系统的设计，离不开对体积的要求，体积合适与否对设计结果的影响是很大的，而其中传动比的大小很直接的反映到了体积的大小。在满足传动比要求的前提下，针对不同传动比可以得到不同的体积，而如果每更换一次传动比就进行一次体积计算，这样的工作是很繁重和复杂的，因此，基于本论文研究对象，我们将设计一个传动系统体积计算分析系统，以Visual Basic 6.0为工具，完成界面的设计。

总体设计思路如图2所示：

３.2　体积计算分析界面的设计

在设计系统用户界面时，可以在界面或控件上适当的使用颜色以增加视觉效果，但要尽量选用一些柔和的、中性化的颜色。开发系统用户界面不仅仅是为了界面的美观，还要考虑所开发界面的功能性，为了使系统用户界面具有多功能性，经常通过添加很多控件来实现。本系用户界面所采用的控件主要有：图片框（Picture Box）、文本标签（Label）、文本框（Text Box）、控制按钮（Command Button）、水平滑动条（Hscroll Bar）、面板框架（Frame）等。

本用户界面主要包括以下几个方面：

（1）主界面

主界面的功能主要有实现系统的进入和退出，如图3所示，当点击“帮助”按钮时，还会提供本软件的帮助CHM。

（2）选择界面

当点击图4中的“进入”按钮，就会进入体积计算的选择界面，如图4所示。选择界面的主要功能是展示了传动系统的结构简图，并且有三个按钮，点击后分别进入行星齿轮传动部分、两级定轴传动部分和整个传动系统的体积计算分析界面。

（3）型行星齿轮传动部分体积计算分析界面

当点击“行星齿轮传动部分体积计算分析”按钮，则进入行星齿轮传动部分的相关界面，如图5所示，进入相关参数输入界面，可以输入所要计算的传动系统的相关参数，比如，太阳轮的齿数、模数、齿宽、各齿轮变位系数和啮合角等。

可以输入想要计算的齿轮传动系统的相关参数进行计算分析，点击“下一步”按钮时，则进入图6所示界面。

本界面主要包括两部分，行星部分的传动比调节和行星部分体积计算结果显示。通过拖动滑动条，在设计传动比范围内选择传动比，或者在对应的文本框内输入想要的传动比，但一定要在设计传动比的范围之内，否则会出现错误提示，并要求重新输入，如图7所示，当正确输入时，则可以得到行星部分的体积结果，并针对不同的传动比，可以比较其体积的变化。点击“上一步”按钮，则回到图5所示界面，可以重新进行参数的输入，点击“返回”按钮，则返回到图4所示的选择界面，可以重新选择需要计算的部分。

（4）两级定轴齿轮传动部分体积计算分析界面

在图4选择界面中，点击“两级定轴齿轮传动部分体积计算分析”按钮，则进入图8所示界面，可以进行相关参数的输入。

输入相关参数后，点击“下一步”按钮，则进入图9所示的定轴部分体积计算界面。

在本界面中，可以调节两级传动比，来得到对应传动比下的两级定轴齿轮传动部分的体积，这可以通过调节滑动条实现，也可以直接在滑动条对应的文本框内直接输入想要的传动比实现，同样，输入的传动比一定要在设计传动比的范围之内。对不同传动比，可以比较其体积的变化。点击“上一步”按钮，则回到图8所示界面，可以重新进行参数的输入，点击“返回”按钮，则返回到图4所示的选择界面，可以重新选择需要计算的部分。

（5）整个传动系统总体积计算分析界面

在图4选择界面中，点击“整个传动系统总体积计算分析”按钮，则进入图10所示界面，进行相关参数的输入。

在本界面中，输入相关参数，确认无误后，点击“下一步”按钮，则进入图11所示的总体体积计算界面。

同样，在本界面中，可以选择或输入需要的各级传动比，一定在设计范围内选取，避免出错。对于不同的各组传动比，可以比较总体积的变化情况。

3　结论

通过Visual Basic语言，针对兆瓦级风电增速箱齿轮传动系统编写了体积计算分析系统。在各级基本参数输入之后，通过在设计范围内调节各级传动比来得到不同传动比下，传动系统各部分的体积大小，为兆瓦级风电增速箱齿轮传动系统体积的优化计算分析提供了帮助。

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参考文献

［１］Facing up to the Gearbox Challenge：A survey of gearbox failure and collected　industry Knowledge[J]. Wind power Monthly,2005,21:(11)．

［２］J．Antoni and R．B．Randall． Differential diagnosis of gear and bearing faults[J]．Journal of Vibration and Acoustics－Transactions of the Asme,2002,124(2):165－171．

［３］Summary of Wind turbine Accident data to 31 December 2008[Z].

［４］王晶晶,吴晓铃．风电齿轮箱的发展与技术分析[J]．机械传动,2008,32(6):5－8．

［５］郭静,李利平,等．Visual Basic可视化程序设计[M]．2版.中国铁道出版社,2010．

［责任编辑：邓丽丽］