面临的挑战：

采埃孚风能10 多年前开始使用Romax 软件，最初仅使用轴承功能，考虑系统柔性变形下进行滚子轴承仿真，以确定接触应力和寿命的最佳游隙设置。采埃孚风能齿轮工程师Nico De B ie 解释说：“轴承计算是我们使用Romax 软件的最初原因，近几年也开始使用Romax Enduro，以便在传动链系统层面进一步探索齿轮建模和设计方案，比如多行星系统、传动系统动力学分析、齿轮微观修形、齿根应力分析和齿轮激励计算等。”

降低能源度电成本、提升传动链振噪性能

为满足全球可持续发展要求，风机市场不断发展，主机厂持续推动更低的度电成本、更高的发电效率浪潮。为实现此目标，过去十年里，已经在传动链减重、提高扭矩密度采取了诸多方法和措施。De Bie 表示，“风能市场面临严峻挑战，我们正在寻求降低能源成本的方法，某种程度上，即是通过减轻重量和减小风机部件的整体尺寸以实现此目标。主机厂也在寻求扩大潜在的风资源和风场， 既可应用于“高风速”区，又能通过适当改进，应用于“低风速”区。

随着风轮扫风面积的扩大、装机不断向住宅区域靠近， 为了减少对居民的影响，低噪声至关重要。由于风机噪声主要由旋转叶片产生，降低噪声一般通过叶片的重新设计和降噪工作来实现，例如：降低夜间的风轮转速。然而，发出噪声的不仅仅是叶片。从齿轮或发电机发出的振动向风机结构件传递，并可通过叶片、塔筒或机舱发出噪声。而且这种一般为单音调噪声， 它与叶片发出的噪声不同，很容易被人耳识别。因此， 主机厂需要降低齿轮激励，其目标是实现低噪声风机。

De Bie 表示，“面对这些挑战，我们需要降低声功率级，关键是开发高功率/ 扭矩密度的非常规设计方案。Romax Enduro 是帮助我们解决挑战的关键因素。”在下面的内容中，采埃孚风能分享了他们如何使用Romax Enduro 来满足风电行业需求的案例。

来自海克斯康的解决方案：

增加齿轮承载能力

首先是行星轮设计。采埃孚团队建立Romax模型，齿圈接地，暂时不导入有限元箱体，将Romax Enduro分析的接触斑和齿根应变分析与其试验结果进行了对标 (见下文)。

De Bie表示，“Romax齿轮接触模型考虑了系统变形、零件变形和齿轮拓扑结构等因素，在不同的载荷条件下分析齿面应力分布。在Romax Enduro中，我们的仿真分析能够与试验结果较准确地匹配。由于Romax采用系统级分析模型，啮合错位量也与台架试验值对标准确。这些结果让我们对Romax仿真模型充满信心，使用这样的齿轮仿真分析工具，可以使我们进一步优化齿轮拓扑结构。”

使用Romax软件进行仿真，采埃孚能够在整个载荷范围内显著降低齿轮的载荷分布系数，可提升齿轮承载能力，并带来其他多项好处，如同De Bie所说：“我们有两个选择，直接降低齿宽（即减少部件材料和成本），或者保持当前设计以在整个生命周期内承受更高的载荷，从而适应升载的需求。”

然而，尽管耐久性有了一定提高，采埃孚风能在噪声性能方面仍然面临挑战，因此使用Romax Enduro的传动误差功能来探索并降低噪声风险。下图为采埃孚的试验传动误差

与Romax仿真结果的对比。“两者传动误差的对比显示无论在形状还是幅值上都有较好的匹配性，”De Bie表示，“使用简化的仿真模型得到较好的分析结果，这一点尤其令人印象深刻。

为了节省时间，我们在仿真中不考虑重力——这意味着我们只需要计算一个啮合周期，而不是一个行星架的转动周期。此外，我们使用的是一种理想的拓扑结构，不考虑制造偏差，只建模了单级行星轮系。我们的试验台架设置也有不完善之处——我们正在做背对背测试，测试环境中存在振动，对于传感器的定位、传感器支架的刚度、传感器的精度以及转速和扭矩条件等方面都存在局限性。尽管我们的仿真模型有一定的简化，试验台也不够完善，但传动误差的对标结果仍然令人满意。对比结果非常接近，我们可以信赖Romax的仿真，以此来优化其他的设计。”

探寻恰当的模型复杂度

第二个案例是平行级齿轮设计。采埃孚风能从建立一个简单的Romax模型开始，仿真结果中齿轮接触斑位于齿宽中心，然而试验台结果有所不同，样机试验显示齿面上有明显偏载现象-在齿面左侧载荷较高。当时尚不清楚这是由于不正确的齿轮 错位量、仿真与测量之间的偏差，还是在试验台上运行时间不足，齿轮接触班油漆没有完全磨掉，导致接触斑与仿真结果的差异。

随后，齿根应变测量结果证实了齿轮偏载现象，因此采埃孚回归到Romax 模型，增加了模型的复杂度：导入FE 箱体、轴承外圈与FE 箱体联接设置、将轴承游隙调整为台架试验值等等。优化后的仿真模型，再次运行分析，也显示了同样的偏载现象。获得准确的对标结果后，采埃孚可以通过调整仿真模型以获得优化的设计方案——接触斑位于齿宽中心。

De Bie 解释到，“我们的目标是用最简单的模型达到理想的对标结果。在案例中，我们基于一个非常简单的无箱体模型来定义拓扑结构。然而，这与我们在试验台获得的数据不符。所以我们改进了模型直到我们看到两者相匹配。一旦实现，我们就可以利用这个模型进行微观几何优化， 以使接触斑位于齿宽中心，我们有信心在试验台上看到同样的结果。通过这种更加详细的仿真模型，我们也能够得到更加精确的传动结果，进而降低了设计中的噪声风险。”

客户收益

实现以仿真为导向的设计流程 

尽管ZF风电多年来一直在使用Romax软件，他们仍然花费了很长时间，才把Romax 软件真正集成至产品开发核心流程，发挥其极限功效。正如De Bie 所说，“最初，我们需要做一些工作来说服我们的技术团队，得益于Romax 团队的支持，我们对正确的建模方法有了更好的理解，我们充分利用Romax软件并优化了现有开发流程，Romax 软件对我们而言是齿轮啮合分析的先进工具，也是绝佳工具。”

Hexagon 系统动力学事业部负责人Stephen Smith 表示：“ZF 和Romax 拥有一个共同的目标——我们共同努力，为ZF 创造良好的开发环境，以应对风电市场的挑战，共同推动可持续性发展。”

De Bie 总结说：“Romax Enduro 帮助我们应对当前风电市场的严峻挑战。我们能够建立齿轮箱虚拟运行环境，而且还能建立虚拟试验仿真环境，可在真实边界下完成微观修形，在较大扭矩范围内优化齿面和齿根的载荷分布；可在设计初期尽早发现噪声风险，从而在整个开发过程中有效地规避这些风险。”

客户简介：

采埃孚集团在全球范围内拥有生产、开发、销售和服务中心，在42个国家拥有271家分公司和153000名员工。ZF集团业务聚焦在移动出行（电驱动、商用车、汽车底盘和动力总成、安全系统）和工业技术领域（航空、海洋、轨道交通、矿机和风电）。

采埃孚风能业务单元成立于20世纪，有效地整合了采埃孚（创立于1915年）、汉森传动（成立于1923年，2011年被ZF收购）和博世力士乐风能传动事业部（成立于1920年，2015年被ZF收购）的工程资源，具有最丰富的风机传动系统经验。基于此背景，采埃孚风能的产品型谱可覆盖2.xMW至10.xMW的全部陆上和海上市场。传动链制造各工序，从齿轮制造到热处理、铸件高精度加工、质检和试验台设备（最大测试能力为13.2MW），也均由自家工厂完成。