基于VB的一種風電增速箱齒輪傳動系統體積計算分析軟件的設計

張耀丹+蘭菲

【摘 要】以一種兆瓦級風電增速齒輪箱傳動系統為研究對象，通過Visual Basic語言進行可視化編程，設計了一種該種類型傳動系統的體積計算分析軟件，實現了在設計范圍內調節各級傳動比來得到不同傳動比下，傳動系統各部分的體積大小，為兆瓦級風電增速箱齒輪傳動系統體積的優化計算分析提供了幫助。

【關鍵詞】風電增速齒輪箱；傳動系統；體積計算分析軟件；VB

風電增速齒輪箱是風力發電設備的重要組成部分，齒輪箱損壞導致風電機組故障是世界性問題[1-3]。齒輪箱的失效是導致故障時間增加、維修和產量減少的主要原因，一般其損失要占風電設備總價的15%～20%[4]。因此，要加強增速箱傳動系統設計的合理性和可靠性，在動力學分析計算的基礎之上，有必要對增速齒輪箱傳動系統進行結構優化設計，在優化設計中傳動系統的體積是優化的關鍵參數之一，本文將在傳動系統總傳動比一定，其他參數一定的前提下，跟據各分級傳動比的變化對體積的影響進行分析，并基于Visual Basic語言可視化編程，設計一種傳動系統體積分析軟件，可以對不同傳動比情況下，傳動系統的體積變化進行計算分析，使優化人員的工作更加簡便高效。

1 增速齒輪箱傳動系統的模型

目前，國內外的大型兆瓦級風電增速箱的主要結構形式有以下三種：（1）二級平行軸結構；（2）三級平行軸結構；（3）一級行星加兩級平行軸結構。在大功率風電增速齒輪箱中主要使用的是第三種結構形式，即一級行星傳動加二級平行軸傳動的結構形式，其傳動路線為：槳葉——傳動軸——收縮套——行星架——太陽輪——中間級平行軸大齒輪——中間級平行軸小齒輪——高速級平行軸大齒輪——高速級平行軸小齒輪——發電機。本文將以第三種結構形式作為研究對象，如圖1所示，對該結構類型的增速箱齒輪傳動系統進行體積計算分析軟件的設計。

Visual Basic是Microsoft公司推出的一個集成開發環境，非常適合初學者學習Windows系統編程。Visual Basic很好的繼承了Basic語言的特點：易學易用，功能強大，簡單易學，軟件費用支出低，見效比較快。

Visual指的是開發圖形用戶界面（GUI）的方法，他不需要編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預先建立的對象拖放到屏幕上即可，這是Visual Basic最顯著的特點[5]。Visual Basic是在Windows平臺上使用的一種強大的開發工具，并應用于各種應用軟件中，包括開發個人或小組使用的小工具和大型企業應用系統，甚至是遍及全球的分布式應用軟件。Visual Basic的用途非常廣泛，主要是因為其具有以下幾個特點：

（1）真正的面向對象編程，開發設計人員在維護系統運行時只需修改很少的代碼，加快了系統開發的速度；

（2）可視化的編程方法和導向功能，Visual Basic系統提供了大量可視化工具“控件”，利用他們可以方便直觀的設計出圖形界面中的各個對象，還可以通過“屬性”設置等操作方便的更改其外觀和其他屬性，開發設計人員不用編寫繁瑣的程序代碼就可以開發Windows程序；

（3）數據訪問特性允許對包括Microsoft SQL Server和其他企業數據庫在內的大部分數據庫格式建立數據庫和前端應用程序；

（4）事件驅動的程序設計機制，與傳統的過程化應用程序不同的是Windows應用程序是通過事件來“驅動”的，程序代碼的執行先后順序不是按照事先設計好的路徑來執行的，而是通過觸發不同的事件，每個事件能驅動一段程序代碼，在Visual Basic中這一段程序通常稱為“事件過程”，是根據操作功能的需要而編寫的；

（5）通過ActiveX技術可以使用其他應用程序提供的功能，比如，Microsoft Word字處理軟件和Microsoft Excel電子表格等；

（6）支持Internet，很容易通過Internet訪問文檔和應用程序；

（7）已經完成的應用程序是真正的*.exe文件，同時提供運行時可自由發布的動態鏈接庫（DLL）。

2.2 Visual Basic可視化程序設計的基本步驟

一般情況下，創建一個Visual Basic應用程序有四個步驟，即：界面設計；設置屬性；編寫代碼；調試運行。

（1）界面設計

編制Visual Basic可視化程序的第一步就是設計應用程序界面，這是可視化程序設計中非常關鍵的一部分。需要注意以下幾個方面：

第一，先弄清楚希望圖形用戶界面進行什么樣的操作，這是最重要也是最難的一步。很多情況下，在用戶創建圖形用戶界面的過程中還要涌現一些新的想法或發現一些新的問題，用戶需要重新回到這一步進行思考；

第二，在紙上畫出想要設計的圖形用戶界面的大致布局。很多用戶可能會跳過這一步，但是從長遠角度考慮，這一步可以大大節省用戶的時間，并提高效率，因為在紙上反復勾畫可能的圖形用戶界面布局要比直接在Visual Basic中創建和修改來的更快，尤其是比較復雜的布局；

第三，運行Visual Basic 6.0，根據第二步中的設計布局來選擇合適的控件，比調整適當的控件位置和尺寸，完成可視化界面的布局。

（2）屬性設置

屬性是每個控件固有的特性，就像石頭，它有硬度、顏色等屬性，這些屬性就構成了石頭這個對象。但是每塊石頭的硬度、顏色和大小的屬性具體值是不同的，這就是屬性值。用戶在窗體中創建的所有控件，都是這類控件的一個具體化實例，每一個實例都有其默認的屬性值，比如標題、文字、顏色等，但這些默認的屬性并不能完全滿足用戶的要求，那么，就必須對控件的屬性進行設置。只有對各控件的屬性進行了設置，才能夠應用到我們所設計的圖形用戶界面之中，完成其的角色和任務。

（3）代碼編寫

將所需要的圖形用戶界面設計好之后，需要把這些內容連接起來，形成一個應用程序，這就是編寫代碼工作的目的，包括各窗體和控件的代碼編寫，要嚴格按照Visual Basic語言進行代碼的編寫，以實現一個良好的圖形用戶界面。

（4）調試運行

在將各窗體界面設計好，代碼編寫好之后，就可以嘗試運行該程序了。按F5鍵或者選擇“運行”菜單中的“啟動”命令，就可以運行編寫好的程序了。

如果在編寫程序時存在錯誤，程序會提示出錯，此時，單機“調試”按鈕，就將看到程序已自動將錯誤語句標成黃色，仔細檢查是什么錯誤，直到程序成功運行為止。

以上過程僅是一般原則，在設計中，步驟之間也許要交叉執行或復合執行。再設計的時候，設計和實現往往不是一步到位的，可能需要反復修改，才能獲得滿意的界面。

3 傳動系統體積計算分析軟件的設計

3.1 設計前的思考

兆瓦級風電增速箱齒輪傳動系統的設計，離不開對體積的要求，體積合適與否對設計結果的影響是很大的，而其中傳動比的大小很直接的反映到了體積的大小。在滿足傳動比要求的前提下，針對不同傳動比可以得到不同的體積，而如果每更換一次傳動比就進行一次體積計算，這樣的工作是很繁重和復雜的，因此，基于本論文研究對象，我們將設計一個傳動系統體積計算分析系統，以Visual Basic 6.0為工具，完成界面的設計。

總體設計思路如圖2所示：

3.2 體積計算分析界面的設計

在設計系統用戶界面時，可以在界面或控件上適當的使用顏色以增加視覺效果，但要盡量選用一些柔和的、中性化的顏色。開發系統用戶界面不僅僅是為了界面的美觀，還要考慮所開發界面的功能性，為了使系統用戶界面具有多功能性，經常通過添加很多控件來實現。本系用戶界面所采用的控件主要有：圖片框（Picture Box）、文本標簽（Label）、文本框（Text Box）、控制按鈕（Command Button）、水平滑動條（Hscroll Bar）、面板框架（Frame）等。

本用戶界面主要包括以下幾個方面：

主界面的功能主要有實現系統的進入和退出，如圖3所示，當點擊“幫助”按鈕時，還會提供本軟件的幫助CHM。

當點擊圖4中的“進入”按鈕，就會進入體積計算的選擇界面，如圖4所示。選擇界面的主要功能是展示了傳動系統的結構簡圖，并且有三個按鈕，點擊后分別進入行星齒輪傳動部分、兩級定軸傳動部分和整個傳動系統的體積計算分析界面。

（3）型行星齒輪傳動部分體積計算分析界面

當點擊“行星齒輪傳動部分體積計算分析”按鈕，則進入行星齒輪傳動部分的相關界面，如圖5所示，進入相關參數輸入界面，可以輸入所要計算的傳動系統的相關參數，比如，太陽輪的齒數、模數、齒寬、各齒輪變位系數和嚙合角等。

可以輸入想要計算的齒輪傳動系統的相關參數進行計算分析，點擊“下一步”按鈕時，則進入圖6所示界面。

本界面主要包括兩部分，行星部分的傳動比調節和行星部分體積計算結果顯示。通過拖動滑動條，在設計傳動比范圍內選擇傳動比，或者在對應的文本框內輸入想要的傳動比，但一定要在設計傳動比的范圍之內，否則會出現錯誤提示，并要求重新輸入，如圖7所示，當正確輸入時，則可以得到行星部分的體積結果，并針對不同的傳動比，可以比較其體積的變化。點擊“上一步”按鈕，則回到圖5所示界面，可以重新進行參數的輸入，點擊“返回”按鈕，則返回到圖4所示的選擇界面，可以重新選擇需要計算的部分。

（4）兩級定軸齒輪傳動部分體積計算分析界面

在圖4選擇界面中，點擊“兩級定軸齒輪傳動部分體積計算分析”按鈕，則進入圖8所示界面，可以進行相關參數的輸入。

輸入相關參數后，點擊“下一步”按鈕，則進入圖9所示的定軸部分體積計算界面。

在本界面中，可以調節兩級傳動比，來得到對應傳動比下的兩級定軸齒輪傳動部分的體積，這可以通過調節滑動條實現，也可以直接在滑動條對應的文本框內直接輸入想要的傳動比實現，同樣，輸入的傳動比一定要在設計傳動比的范圍之內。對不同傳動比，可以比較其體積的變化。點擊“上一步”按鈕，則回到圖8所示界面，可以重新進行參數的輸入，點擊“返回”按鈕，則返回到圖4所示的選擇界面，可以重新選擇需要計算的部分。

（5）整個傳動系統總體積計算分析界面

在圖4選擇界面中，點擊“整個傳動系統總體積計算分析”按鈕，則進入圖10所示界面，進行相關參數的輸入。

在本界面中，輸入相關參數，確認無誤后，點擊“下一步”按鈕，則進入圖11所示的總體體積計算界面。

同樣，在本界面中，可以選擇或輸入需要的各級傳動比，一定在設計范圍內選取，避免出錯。對于不同的各組傳動比，可以比較總體積的變化情況。

3 結論

通過Visual Basic語言，針對兆瓦級風電增速箱齒輪傳動系統編寫了體積計算分析系統。在各級基本參數輸入之后，通過在設計范圍內調節各級傳動比來得到不同傳動比下，傳動系統各部分的體積大小，為兆瓦級風電增速箱齒輪傳動系統體積的優化計算分析提供了幫助。

【參考文獻】

[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，吳曉鈴.風電齒輪箱的發展與技術分析[J].機械傳動，2008，32（6）：5-8.

[5]郭靜，李利平，等.Visual Basic可視化程序設計[M].2版.中國鐵道出版社，2010.

[責任編輯：鄧麗麗]