風力渦輪機傳動系統的耐久與噪聲-CAE軟體Romax

通過Romax提高風力渦輪機傳動系統的功率密度和耐用性來降低能源成本，採用以模擬為主導的開發流程，設計具有低傳動噪音風險的傳動系統，並通過實體驗證進行驗證。

ZF集團在全球擁有生產、研發、銷售和服務據點，分布於271個地點，員工數量達153,000人，遍及42多個國家。他們的業務部門專注於移動性，包括電動移動、商用車、汽車底盤和動力系統、安全系統；以及工業技術，包括航空、海事、非公路、採礦和風力發電，Romax可以幫助ZF集團對應風能市場面臨的挑戰。

風力發電業務部門的基礎建立在20世紀最豐富的風力渦輪機傳動系統經驗之上，結合了ZF(成立於1915年)、Hansen傳動系統(自1923年開始運營，2011年被ZF收購)以及Bosch Rexroth Wind的大型齒輪箱部門(始於1920年，2015年被ZF收購)。基於這樣強大的背景，ZF Wind的產品組合涵蓋了整個風力市場，產品範圍從2.XMW到10.XMW，適用於陸上和海上應用。許多生產過程都在內部完成，包括齒輪製造、熱處理、鑄件的高精度加工、質量保證以及測試裝置(最大測試能力達13.2MW)。

ZF Wind Power的產品組合涵蓋了整個風力渦輪機市場，目前在全球範圍內安裝了超過143GW的陸上風力發電設備，並安裝了超過7GW的海上風力發電設備。面臨到的挑戰是開發高功率密度、輕量化的風力渦輪機傳動系統，同時要將傳動誤差降至最低，以避免傳動系統的噪音。

ZF Wind Power在十多年前即開始使用Romax軟體，最初是為了在彈性模型中模擬滾子軸承，以確定最佳間隙設定，從而優化接觸應力和使用壽命。ZF Wind Power的齒輪激勵工程師Nico De Bie提到：「儘管軸承計算是我們使用Romax Spin的初衷，但最近我們擴展到使用Romax Enduro，以更深入地探索傳動系統層面的齒輪建模和設計選項，例如行星系統、傳動系統動態行為、齒輪微觀幾何設計、齒輪根部應力分析以及齒輪激勵。」

使用Romax Enduro創建傳動系統的模擬模型，包括齒輪嚙合模擬和測量，以優化齒輪載荷和傳動誤差，通過提高風力渦輪機傳動系統的功率密度和耐用性來降低能源成本，採用以模擬為主導的開發流程來設計具有低傳動噪音風險的傳動系統。

隨著風力渦輪機市場的增長，以滿足全球可持續發展倡議的需求，製造商們不斷推動提高發電能力，同時降低單位成本。為實現這一目標，過去十年在減輕重量和提高扭矩密度方面取得了顯著進展，儘管仍有大量工作需要完成。

隨著風能區域的擴大以及渦輪機逐漸靠近居民區，低噪音變得至關重要，以減少對周圍環境的干擾。由於風力渦輪機噪音的主要來源是旋轉的葉片，通常通過葉片重新設計和降噪操作模式（例如夜間降低轉子速度）來減少噪音。然而，噪音不僅僅來自葉片。來自齒輪單元或發電機的振動會傳遞到渦輪機結構中，並可能通過葉片、塔身或機艙發出噪音。這種機械噪音通常呈現出音調特徵，與葉片產生的噪音有所不同。因此，製造商面臨著降低齒輪激振的壓力，目標是實現“Tonal Free”風力渦輪機。

提高齒輪承載能力

ZF建立了一個簡單的Romax模型，具有固定的環齒輪，沒有有限元素(FE外殼)，並將Romax Enduro的載荷模式和根部應變結果與他們的測量結果進行了比較。De Bie評論：「Romax齒輪接觸模型考慮了系統變形、局部組件變形和在不同載荷條件下的齒輪拓撲，結果顯示了現實的齒面應力分佈。我們的齒輪載荷測量與Romax Enduro中的模擬結果非常吻合。由於Romax考慮了系統載荷依賴性，齒輪嚙合不對齊的情況也與測試裝置的數值匹配得很好。這些結果增強了我們對模擬模型的信心。擁有這種齒輪階段的模擬使我們能夠進一步優化齒輪拓撲定義。」

通過使用Romax模擬，ZF能夠顯著降低該設計在整個載荷範圍內的載荷分佈因子，這造成齒輪階段的承載能力提高，並帶來好處：

Romax Enduro幫助ZF應對風能市場面臨的挑戰，能夠創建齒輪系統和測試環境的虛擬模型。這意味著可以微調齒輪的微觀幾何形狀，以實現在寬廣扭矩範圍內齒面和齒根的最佳載荷分佈；其次，能夠在設計過程早期檢測噪音風險，並確定設計措施以緩解這些風險。

ZF集團

ZF Group 公司（ ZF Friedrichshafen AG ，又名 ZF Group ，簡稱 ZF ）是德國的一家股份有限公司（德語： Aktiengesellschaft, AG ），總部位於德國西南部巴登-符騰堡邦的腓特烈港。主要從事工程學以及汽車工業領域內的設計、研發、製造，是全球性的轎車、商用車傳動和底盤技術供應商，同時涉足海運、國防和航空工業及基礎工業設備。在27個國家有123個產地。

公司在全球有六個研發中心，每年向研發工作投入約5%的銷售收入。

產品：轎車、卡車、客車的自排變速箱、手排變速箱、底盤部件（球頭、穩定棒、控制臂）、減震器、電子抑制系統、齒輪、扭矩轉換器、差速器、軸等。

ZF Lenksysteme分部（1999年ZF Group轉向系統分部與博世公司組建的資本比例50:50的合資公司）生產轉向系統和部件、電助力轉向和主動轉向。2014年，ZF Group與博世公司達成協議，將其持有的ZF Lenksysteme股份全部轉讓給博世公司。

ZF Lemförder和ZF Sachs AG主要經營原廠設備和汽車製造業售後服務。

ZF Group的主要市場是歐洲，其次是亞太地區、北美、南美、中東和非洲。