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摘 要 風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮，變槳齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的核心部件，倍受國(guó)內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。但由于國(guó)內(nèi)變槳齒輪箱的研究起步較晚，技術(shù)薄弱。因此，急需對(duì)變槳齒輪箱進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)研究，真正掌握變槳齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。 本文設(shè)計(jì)的是1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的減速箱，通過(guò)方案的選取，齒輪參數(shù)計(jì)算等對(duì)其配套的齒輪箱進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。 首先，確定齒輪箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)。選取三級(jí)行星傳動(dòng)方案，通過(guò)計(jì)算，確定各級(jí)傳動(dòng)的齒輪參數(shù)。對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行受力分析，得出各級(jí)齒輪受力結(jié)果。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，結(jié)果符合安全要求。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電，變槳齒輪箱，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) V Abstract The rapid development of wind power industry has contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry. As the core component of the wind turbine propeller system, the variable propeller gear box has attracted the attention of domestic and foreign wind power industry and research institutions. However, due to the domestic variable propeller gear box research started late, technology is weak. Therefore, it is urgent to carry on the independent development of the pitch gear box, and truly master the design and manufacture technology of the propeller, so as to realize the localization of the wind turbine. This paper is the design of gearbox pitch system of 1.5MW wind turbine, through the selection of scheme, the gear parameter calculation of its support for independent design. First of all, to determine the mechanical structure of the gear box. Select the three planetary transmission scheme, through calculation, to determine the levels of transmission gear parameters. The force analysis of planetary gear transmission, the gear stress results. According to the standard of static strength check, the results meet the safety requirements. Key Words：Wind power generation, pitch gear box, structure design 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 選題的背景和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3 本課題研究目的與內(nèi)容 4 1.3.1 研究目的 4 1.3.2 研究?jī)?nèi)容 4 第2章 風(fēng)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)分析 6 2.1葉片 6 2.2輪轂及變槳系統(tǒng) 7 2.3變槳齒輪箱 7 2.3主軸、主軸承及聯(lián)軸器 8 2.4主齒輪箱 9 2.5液壓控制系統(tǒng)與偏航系統(tǒng) 10 2.6塔架及基礎(chǔ) 10 第3章 變槳齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3.1 已知條件 11 3.2 方案設(shè)計(jì) 11 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3.2.2 齒形及精度 11 3.2.3 齒輪材料及其性能 11 3.2.4 配齒及傳動(dòng)比計(jì)算 12 3.3 齒輪參數(shù)初步確定 12 3.3.1 按彎曲強(qiáng)度估算各級(jí)齒輪法向模數(shù) 12 3.3.2 各級(jí)主要幾何尺寸 13 3.4 各級(jí)齒輪疲勞強(qiáng)度校核 14 3.4.1 第一級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 14 3.4.2 第二級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 17 3.4.3 第三級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 21 3.5 齒輪靜強(qiáng)度校核 25 3.6 齒輪靜強(qiáng)度校核 25 3.6.1 傳動(dòng)比條件 25 3.6.2鄰接條件 25 3.6.3同心條件 26 3.6.4裝配條件 26 3.7 嚙合參數(shù) 26 3.8 齒輪幾何尺寸計(jì)算 26 3.9 傳動(dòng)效率計(jì)算 27 3.10 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 3.11 軸承設(shè)計(jì)及校核 28 3.11.1 第一級(jí)行星輪軸承校核 28 3.11.2 第二級(jí)行星輪軸承校核 29 3.11.3 第三級(jí)行星輪軸承校核 29 3.11.4 輸出軸軸承校核 30 3.12 軸的強(qiáng)度校核 31 3.12.1太陽(yáng)輪軸強(qiáng)度計(jì)算 31 3.12.2行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算 31 3.13直齒聯(lián)軸器強(qiáng)度校核計(jì)算 32 3.13.1第二級(jí)直齒聯(lián)軸器 32 3.13.2第三級(jí)直齒聯(lián)軸器 32 3.14花鍵軸擠壓強(qiáng)度校核 33 第4章 結(jié)論與展望 34 4.1 總結(jié) 34 4.2 展望 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 37 第1章 緒論 1.1 選題的背景和意義 自第二次工業(yè)革命以來(lái)，世界上許多國(guó)家，包括中國(guó)，都走上了工業(yè)化和城市化的道路。然而，工業(yè)化的快速發(fā)展是基于大量的不可再生能源。在石油，煤炭和其他主要能源正變得越來(lái)越少，如二氧化碳和二氧化硫氣體排放量過(guò)多和溫室效應(yīng)，酸雨，霧，煙霧和其他不利結(jié)果在今天的社會(huì)形成，大力發(fā)展新能源，以取代不可再生能源已成為一種不可抗拒的趨勢(shì)。風(fēng)能作為一種清潔和環(huán)境友好的可再生能源，風(fēng)能，水，太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等可再生資源，風(fēng)能是非?；A(chǔ)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的行業(yè)。在中國(guó)，風(fēng)力發(fā)電僅占全國(guó)發(fā)電量的1%，這說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電在中國(guó)有著巨大的潛力。風(fēng)能的利用與發(fā)展，對(duì)替代石油化工能源、減少大氣污染、減少二氧化碳排放具有重要意義。在所有國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)和利用非常嚴(yán)重，風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?qū)⒆鳛榇蟆? 與其他能源相比，風(fēng)能蘊(yùn)藏量豐富，風(fēng)電建設(shè)周期短，運(yùn)行維護(hù)成本低，風(fēng)場(chǎng)占地面積小，現(xiàn)場(chǎng)工人少，高功率兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)相繼問(wèn)世。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已占據(jù)了絕大部分風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)，成為風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的主導(dǎo)力量。 從風(fēng)電機(jī)組的分類來(lái)看，權(quán)力已經(jīng)從小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)目前兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)；采用變槳控制方法，從固定攤位調(diào)節(jié)間距調(diào)整或獨(dú)立變槳距調(diào)節(jié)；在驅(qū)動(dòng)源，從液壓驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)變槳距。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷完善，產(chǎn)品的性能不斷提高，風(fēng)力發(fā)電的機(jī)制也在不斷完善。風(fēng)機(jī)變槳距系統(tǒng)是一個(gè)重要組成部分：俯仰角、俯仰速度、停變間距和俯仰響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)嚴(yán)重影響整機(jī)性能，有可能使風(fēng)力機(jī)連接的問(wèn)題，同時(shí)，機(jī)組振動(dòng)，從而影響使用壽命，甚至帶來(lái)安全隱患。因此，變獎(jiǎng)控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中最重要的一個(gè)指標(biāo)，它是衡量風(fēng)機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。因此，設(shè)計(jì)和制造高性能的變槳系統(tǒng)和控制算法是一個(gè)制造商的風(fēng)電行業(yè)不可避免的和競(jìng)爭(zhēng)的法門。 本文是針對(duì)某型1.5MW變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出設(shè)計(jì)方案和仿真，并對(duì)超級(jí)電容在變槳系統(tǒng)備用電源的應(yīng)用提出改善意見(jiàn)。 1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 從第二十個(gè)世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，風(fēng)力發(fā)電將是每個(gè)國(guó)家的關(guān)注，迄今已覆蓋了80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。在1981個(gè)世界的風(fēng)電總裝機(jī)容量不足1萬(wàn)5000千瓦，1990將增加到196萬(wàn)千瓦，在1998個(gè)已達(dá)到956萬(wàn)千瓦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)總功率值超過(guò)30%的年增長(zhǎng)率，由2020，專家估計(jì)世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)功率值將達(dá)到1230萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)風(fēng)力發(fā)電是12.3%的發(fā)電量在世界各地，世界風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的擴(kuò)張。 德國(guó)是世界上最強(qiáng)大的風(fēng)力發(fā)電國(guó)，其年總的安裝或安裝總數(shù)，始終保持世界領(lǐng)先地位，以及海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟。2009、波羅的海和北海興建大型風(fēng)力發(fā)電站；到本世紀(jì)二十年代，風(fēng)力發(fā)電的總發(fā)電量將占到所有德國(guó)總發(fā)電量的30%；到了而立之年，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電總量占1 / 3的總?cè)珖?guó)發(fā)電。德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)從大海延伸到內(nèi)陸平原和高原，特別是風(fēng)電開(kāi)發(fā)的新一代發(fā)電機(jī)。基于全球領(lǐng)先的德國(guó)機(jī)械行業(yè)，新一輪的研發(fā)新的更新，功率更強(qiáng)大，使風(fēng)扇性能更好。 西班牙也是風(fēng)力發(fā)電之一，已裝機(jī)容量為90萬(wàn)千瓦，2005，西班牙風(fēng)力發(fā)電位居世界第二。第一個(gè)是德國(guó)，有160萬(wàn)千瓦的電力，第三是美國(guó)，有65萬(wàn)千瓦發(fā)電。西班牙有很多風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商和零部件制造商，是世界領(lǐng)先的風(fēng)力發(fā)電。 加拿大風(fēng)能作為最有前途的電力來(lái)源，其國(guó)家風(fēng)力發(fā)電能力達(dá)千瓦。特別是魁北克省北部，風(fēng)力發(fā)電已成為最清潔能源市場(chǎng)之一。據(jù)新聞報(bào)道，加拿大自然資源部部長(zhǎng)哈馬德表示，魁北克北科建風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)地區(qū)在風(fēng)能技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，在北美國(guó)。 法國(guó)的一代占世界3%。法國(guó)的一個(gè)短期計(jì)劃是2014，發(fā)電機(jī)容量將達(dá)到300萬(wàn)千瓦至500萬(wàn)千瓦。根據(jù)環(huán)境保護(hù)局的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電的使用將減少300萬(wàn)噸二氧化碳排放量為600萬(wàn)噸。在全國(guó)各地?fù)碛幸淮笈L(fēng)流素描自愿承擔(dān)建立風(fēng)力發(fā)電的必要配置任務(wù)，其中約13%的設(shè)備將在諾埃爾靠近來(lái)建立海峽，約22%的風(fēng)機(jī)配置將被設(shè)置在魯瓦爾河地區(qū)，約45%的風(fēng)電的配置將被設(shè)置在羅恩戈多C路西戎地區(qū)，其他配置將在皮卡迪利大街，布列塔尼和海外瓜特羅普，區(qū)域設(shè)置。 英國(guó)在七月14日宣布了2005大海上風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃的發(fā)展，然后創(chuàng)建一千個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。到2013年底，英國(guó)風(fēng)力發(fā)電占6 / 1的總電力供應(yīng)，可再生資源所發(fā)出的功率比以前增加了10%。英國(guó)議會(huì)在能源白皮書中說(shuō)，在2020的風(fēng)力發(fā)電量將增加一倍，在2013，大型風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃已經(jīng)完成了一半以上。 日本在近幾年風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，2002的風(fēng)力發(fā)電總量為4600萬(wàn)千瓦，7300萬(wàn)個(gè)總發(fā)電容量為2003千瓦，2004個(gè)總發(fā)電容量達(dá)到1億千瓦，居世界第三，到2010，總發(fā)電量約2億千瓦。 印度是亞洲風(fēng)力發(fā)電中最強(qiáng)大的國(guó)家，亞洲的總裝機(jī)容量居亞洲第一。印度的非常規(guī)能源部在2009，208的印度地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的工作候選人，選擇其中的30個(gè)區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)總?cè)萘?5MW大型風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目；印度最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量?jī)H為750kW，新安裝的裝配機(jī)總600kW 1250kW之間；亞洲開(kāi)發(fā)銀行和世界銀行都大力投資印度的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施建設(shè)。 美國(guó)也是一個(gè)主要的風(fēng)力發(fā)電。1990，美國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率為14% ~ 25%；2006，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)保持持續(xù)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，在今年年底，風(fēng)力發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到11675mw，比以前的建筑風(fēng)機(jī)超過(guò)總2454mw美元的，風(fēng)電建設(shè)參與政府投資40億，風(fēng)力發(fā)電占美國(guó)總發(fā)電量的1%，9%的功率附加總。美國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是完美的，價(jià)格成本降低到一個(gè)非常低的程度，風(fēng)力發(fā)電的價(jià)格和火電幾乎是相同的。目前，美國(guó)約有一半的制造商生產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)出口，因此小型風(fēng)力渦輪機(jī)仍然是占主導(dǎo)地位的模式在風(fēng)力發(fā)電在美國(guó)。 1.2.1 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)風(fēng)能資源相對(duì)豐富。根據(jù)中國(guó)風(fēng)能資源二次普查結(jié)果，中國(guó)陸地風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在10米的范圍內(nèi)，從地面50米。海上風(fēng)能資源比內(nèi)陸要大三倍，10海上風(fēng)能可用于發(fā)電可達(dá)50m，千瓦可以用來(lái)產(chǎn)生能量高達(dá)15億千瓦的風(fēng)。 我國(guó)風(fēng)力資源主要集中在雙區(qū)。一是華北（西北、華北和東北地區(qū)），包括黑龍江、遼寧、河北、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、西藏、等地，土地由陸地邊界線和近200公里寬，包括西部資源豐富的地區(qū)和戈壁灘沙漠，所有地區(qū)可用于風(fēng)力發(fā)電高達(dá)200萬(wàn)千瓦，占風(fēng)能開(kāi)發(fā)總量的79%。該區(qū)是一個(gè)連續(xù)的土地風(fēng)能區(qū)，地勢(shì)平坦，常年風(fēng)力較大，相對(duì)穩(wěn)定，有利于大型發(fā)電。東南沿海地區(qū)、島嶼和沿海水域，季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)影響的沿海和島嶼，與內(nèi)陸風(fēng)電容量更大，年有效風(fēng)功率密度約為200W／平方米，如南路、嵊泗、臺(tái)山、東山、平潭、東沙、澳大利亞南部、馬來(lái)西亞、和其他公共和風(fēng)資源可以在7到8之間，000個(gè)小時(shí)的生成時(shí)間。此外，其他領(lǐng)域的中國(guó)的土地可用風(fēng)能相對(duì)豐度。 總之，中國(guó)的風(fēng)能資源在大面積，儲(chǔ)量大，具有很大的潛力，工業(yè)化，大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用。 1955、在東北和西部地區(qū)建設(shè)風(fēng)力渦輪機(jī)l0kw小于總功率。1975，在世界能源危機(jī)的趨勢(shì)下，我國(guó)部分省、自治區(qū)開(kāi)始對(duì)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究、示范和推廣應(yīng)用，但這一時(shí)期的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是獨(dú)立發(fā)電。中國(guó)的第一個(gè)座位的國(guó)家電網(wǎng)提供的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在1986個(gè)榮成省，山東省，從風(fēng)電行業(yè)在中國(guó)逐步進(jìn)入研究和發(fā)展的經(jīng)營(yíng)階段，但在這個(gè)時(shí)候規(guī)模和單位功率輸出非常小。自1991以來(lái)，中國(guó)風(fēng)電行業(yè)，1995的崛起，中國(guó)共建成五座可向國(guó)家電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)總發(fā)電36.2mw，最大功率500kW。1996，當(dāng)風(fēng)電被添加到建設(shè)規(guī)模，風(fēng)電場(chǎng)的總功率和球迷總數(shù)的總數(shù)增加了顯著相比，前一段時(shí)間。據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，在2007個(gè)中國(guó)的新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3144臺(tái)，比上年增長(zhǎng)145.9%，增長(zhǎng)率的裝機(jī)容量為126.7%。2008、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的施工總功率達(dá)6億3000萬(wàn)千瓦，風(fēng)機(jī)施工總排在世界第二位，僅次于美國(guó)。在2008個(gè)中國(guó)的新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超過(guò)了印度的數(shù)量，與印度在同一時(shí)間進(jìn)入新的風(fēng)力發(fā)電超過(guò)10兆瓦的風(fēng)力發(fā)電。2010，風(fēng)力發(fā)電量增加450億千瓦時(shí)，比2009增加了63%，2012，中國(guó)總裝機(jī)容量的12960mw。 1.3 本課題研究目的與內(nèi)容 1.3.1 研究目的 風(fēng)力機(jī)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，變速齒輪箱是一個(gè)故障率最高的部件，也是我國(guó)風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)的主要瓶頸。目前，故障變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的設(shè)計(jì)要求主要是對(duì)齒輪箱的工作壽命要求不低于設(shè)計(jì)要求。齒輪失效是齒輪箱失效的主要原因。因此，合理設(shè)計(jì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)已成為風(fēng)力機(jī)制造的關(guān)鍵。 本文以1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)為例，通過(guò)一種行星齒輪減速箱的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)，并對(duì)主要零部件進(jìn)行受力分析、計(jì)算與校核。為打破國(guó)外壟斷，實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)化貢獻(xiàn)綿薄之力。 1.3.2 研究?jī)?nèi)容 本文的主要研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面： (1) 1.5MW風(fēng)力發(fā)電組變槳齒輪箱的設(shè)計(jì) 本文結(jié)合CAD設(shè)計(jì)方法，對(duì)齒輪箱箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，齒輪箱結(jié)構(gòu)安全可靠，符合標(biāo)準(zhǔn)。 (2) 危險(xiǎn)零部件應(yīng)力分析 針對(duì)齒輪箱中齒輪、齒輪軸等危險(xiǎn)部件進(jìn)行受力分析和計(jì)算，校核其強(qiáng)度，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠。 37 第2章 風(fēng)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu)分析 風(fēng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置各部分之間的密切關(guān)系，預(yù)機(jī)和變槳距系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，必須對(duì)風(fēng)電機(jī)組的基本組成有深入的了解，然后根據(jù)設(shè)備的功能和主電路的設(shè)計(jì)。 風(fēng)機(jī)可分為四個(gè)部分：風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)。塔的錐形形狀，因此也被稱為塔，如圖2-1所示的風(fēng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和圖。風(fēng)輪風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能部件，包括葉片、輪轂和變槳系統(tǒng)的三部分，在三個(gè)葉片的末端分別用和輪螺栓連接，輪轂和與機(jī)器的一艘船在機(jī)艙蓋連接。輪轂內(nèi)是俯仰控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括俯仰控制柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、備用電源等。在機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一系列傳動(dòng)裝置，主要包括主軸、主軸、冷卻風(fēng)扇、齒輪箱、聯(lián)軸器、控制柜、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、偏航系統(tǒng)等，主要部件都在下面。 圖2-1 風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.1葉片 葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件，本文研究的是變槳距控制單元和變槳距的影響。葉片的主要功能是：捕捉最佳的風(fēng)能，調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的功率，并實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要功能的氣動(dòng)制動(dòng)。抗彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，極限端饒避免葉片和塔相撞，葉片設(shè)計(jì)成中空的殼體結(jié)構(gòu)外包羅地表一致性；抗空心殼非平面剪切負(fù)荷將增加垂直于腹板剪切結(jié)構(gòu)內(nèi)葉義縣。為滿足低成本、高強(qiáng)度、疲勞壽命長(zhǎng)、大硬度等指標(biāo)的要求，葉片材料主要采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料或碳纖維復(fù)合材料，而前者的成本較低，故應(yīng)用較為普遍。另外，刀片必須在前端的防雷措施一般是由金屬材料制成，從頂端連接到輪轂、機(jī)艙、塔，一直到地面。 2.2輪轂及變槳系統(tǒng) 輪轂及變獎(jiǎng)系統(tǒng)示意圖如圖2-2所示。 圖2-2 輪轂及變槳系統(tǒng)示意圖 輪轂與風(fēng)力機(jī)葉片的主軸連接，輪轂上的力主要由葉片的力來(lái)承受氣流的推力、彎矩、扭矩和陀螺儀的力矩。作為一種結(jié)構(gòu)元件，輪轂安裝在葉片、俯仰軸承、輪轂箱體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、備用電源等方面，并連接到主軸，并將力和力矩傳遞給機(jī)構(gòu)。由于輪轂的三維形狀比較復(fù)雜，機(jī)械性能很高，通常采用球墨鑄鐵作為材料，采用鑄造方法。 變槳控制系統(tǒng)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輪轂控制柜、變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、冷卻風(fēng)扇等。變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即刀片和螺旋槳齒輪，以及停止等。三控制柜通過(guò)一臺(tái)滑環(huán)機(jī)將電源作為動(dòng)力源，通過(guò)一個(gè)輪轂控制柜由三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別傳遞給各螺距執(zhí)行器。輪輪轂電機(jī)的滑動(dòng)環(huán)可以提供電連接裝置，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)條件下，滑動(dòng)環(huán)可以旋轉(zhuǎn)，只解決普通的絲捻打結(jié)問(wèn)題。 2.3變槳齒輪箱 變速齒輪箱是可變螺距驅(qū)動(dòng)裝置的一個(gè)組成部分，它允許葉片繞其軸線旋轉(zhuǎn)0至90度，其目的是控制風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出或停止。轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)4點(diǎn)接觸球軸承連接到輪轂。內(nèi)齒輪軸承內(nèi)圈。每一個(gè)葉片的可變紙漿驅(qū)動(dòng)裝置直接連接到輪轂。小齒輪箱和軸承環(huán)齒輪嚙合。變速箱是由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。在風(fēng)機(jī)功率控制的主運(yùn)行變量的俯仰角范圍是0到25度，小于一個(gè)小齒輪的周轉(zhuǎn)率，由于每個(gè)刀片由唯一的小齒輪直接驅(qū)動(dòng)，因此小齒輪齒高的本地負(fù)載。 圖2-3 輪轂內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)排列 輪轂內(nèi)的所有部件都以一定的速度旋轉(zhuǎn)。無(wú)論是轉(zhuǎn)子的減速加速度、離心力和載荷方向的恒定變化和堆的慣性力，甚至引起齒輪箱的持續(xù)壓力。在輸入和輸出軸的密封設(shè)計(jì)中，必須考慮這些影響，其中的效率與應(yīng)用程序的其余部分的預(yù)期效果是相似的。在制造過(guò)程中，螺旋槳驅(qū)動(dòng)的安全性和高負(fù)載是非常重要的，這在制造過(guò)程中應(yīng)該非常小心。 2.3主軸、主軸承及聯(lián)軸器 船機(jī)主傳動(dòng)鏈圖如圖2-4所示，一個(gè)滑動(dòng)環(huán)和主軸承主軸大圓筒裝置圖。主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)械可傳給輪齒輪箱，主軸一端通過(guò)六角螺栓和風(fēng)機(jī)輪轂固定連接，另一端連接傳動(dòng)軸低速。主傳動(dòng)軸，以支持風(fēng)輪的氣動(dòng)載荷、載荷、齒輪箱的反向力、傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和瞬態(tài)載荷等。主軸為電氣、液壓連接線順利通過(guò)，常在軸的軸向通孔。鑒于主軸受力復(fù)雜，一般采用低碳合金鋼作為材料，含碳量在0.3%到0.7%之間，其他合金如Mn、Mo、Gr、Ni、V等含量少于5%，其目的是合金鋼具有較高強(qiáng)度、較好防腐性能和較低低溫性能的特性。常用材料有42CrMnTi、40Cr、34CrNiMo6 等。 圖2-4 風(fēng)機(jī)主傳動(dòng)鏈實(shí)物圖 主軸承是支承主軸，并通過(guò)軸承座將其傳遞給主框架的輪力。由于主軸軸承的彎矩，軸向位移容易導(dǎo)致軸承磨損，所以使用滾動(dòng)軸承，并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮S承座來(lái)解決問(wèn)題的壓力，如三點(diǎn)支護(hù)方法，主軸齒輪箱和車輪允許的回轉(zhuǎn)中心的主要軸承和軸承支撐方法廣泛使用風(fēng)扇。 為更好地利用中性剛接地；利用中性彈性聯(lián)軸器。即高速軸一般采用彈性聯(lián)軸器，增加彈性連接，如膜片聯(lián)軸器，從而增加鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的阻尼和減少振動(dòng)的傳遞；低速軸一般采用剛性聯(lián)軸器，以符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如脹套式聯(lián)軸器。 2.4主齒輪箱 圖2-4軸大齒輪箱的主要演員后，主齒輪箱位于風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的位置，它的大小的齒輪哨組合風(fēng)輪低轉(zhuǎn)速增加到發(fā)電機(jī)的理想速度。由于風(fēng)的變化規(guī)律，在齒輪上的負(fù)荷變化頻繁，瞬時(shí)沖擊小，可以看到在齒輪箱中是最重要、最容易發(fā)生故障的部件的傳動(dòng)系統(tǒng)。由于風(fēng)機(jī)的風(fēng)場(chǎng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)的海上，沙漠，山區(qū)，原野等，因此風(fēng)力渦輪機(jī)的維修修理非常困難，這需要齒輪箱有高可靠性和長(zhǎng)期服務(wù)生活的部分。除常規(guī)力學(xué)性能外，對(duì)高寒地區(qū)的風(fēng)保密具有很好的抗冷脆性；海上風(fēng)電場(chǎng)具有抗腐蝕性；對(duì)具有較高的精度，保證齒輪箱工作平穩(wěn)，降低噪聲，改善潤(rùn)滑、加熱、冷卻、監(jiān)控系統(tǒng)等。 針對(duì)行星齒輪具有傳動(dòng)效率高、空間小、制作簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)力機(jī)齒輪箱廣泛應(yīng)用于行星齒輪或行星齒輪和軸并聯(lián)混合齒輪箱，但基本原理相當(dāng)，是從低速的輸入軸輸出。 2.5液壓控制系統(tǒng)與偏航系統(tǒng) 風(fēng)力機(jī)的機(jī)械制動(dòng)與高速鐵路車輪的機(jī)械制動(dòng)類似，它是以盤式制動(dòng)器為基礎(chǔ)的，而最常用的制動(dòng)裝置是盤式制動(dòng)器。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用機(jī)械式制動(dòng)器時(shí)，在高速軸上放置制動(dòng)器，將動(dòng)作分為制動(dòng)和緊急制動(dòng)。偏航系統(tǒng)有時(shí)是由液壓驅(qū)動(dòng)的。 圓弧齒輪，它與圖2-4黃軸承接觸，是偏航系統(tǒng)的主要組成部分。偏航控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，由偏航齒圈和偏航電機(jī)，其作用是機(jī)艙和風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行保持風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)向垂直，當(dāng)電纜旋轉(zhuǎn)角度大于360度解旋和旋轉(zhuǎn)電纜以免打結(jié)。 2.6塔架及基礎(chǔ) 該塔是主軸承結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)軸承座和風(fēng)輪壓力部件。要求在了望臺(tái)架，以獲得最佳的風(fēng)的高度，使一般的塔高度在80米，但也承擔(dān)風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)的可變載荷和振動(dòng)負(fù)載，總重量約占總重量的50%的風(fēng)扇成本約占15%至49%的總成本。塔筒形筒、桁架式塔、三角塔、鋼筋混凝土塔、索塔等。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用錐式塔式，美觀，在底部的時(shí)候，物料的節(jié)約，國(guó)家已經(jīng)頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔。 陸上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)主要有塊式基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當(dāng)上部土體強(qiáng)度足以支撐風(fēng)輪機(jī)的荷載時(shí)，采用了一個(gè)塊基礎(chǔ)，當(dāng)問(wèn)題不充分時(shí)，荷載越大，荷載越大。國(guó)家于2007年9月頒布了《FD 003-2007風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定》。 第3章 變槳齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 已知條件 額定輸入功率：5.5 kW 額定輸入轉(zhuǎn)速：1700 rpm 額定輸出轉(zhuǎn)速：15.5 rpm 總傳動(dòng)比：110 效率：≥0.9 3.2 方案設(shè)計(jì) 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本行星齒輪減速箱在結(jié)構(gòu)上采用3級(jí)NGW型行星傳動(dòng)，減速比大、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大。 各級(jí)行星輪系都由太陽(yáng)輪、行星輪和內(nèi)齒圈構(gòu)成，其中1、2、3級(jí)行星輪個(gè)數(shù)為3個(gè)。各級(jí)之間，上一級(jí)的行星架與下一級(jí)太陽(yáng)輪軸通過(guò)齒輪連軸器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接。輸出軸采用花鍵實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了各級(jí)齒輪連軸器和花鍵連接的強(qiáng)度校核。 綜合考慮設(shè)計(jì)、制造及安裝位置限制等因素，選擇3級(jí)NGW型行星減速器。 第一級(jí)選用行星架浮動(dòng)； 第二級(jí)選用太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng)； 第三級(jí)選用太陽(yáng)輪浮動(dòng)。 3.2.2 齒形及精度 因?qū)儆诘退賯鲃?dòng)，采用齒形角的直齒輪傳動(dòng)，精度定為6級(jí)。 3.2.3 齒輪材料及其性能 太陽(yáng)輪和行星輪采用硬齒面，內(nèi)齒輪用軟齒面，以提高承載能力、減小尺寸。三級(jí) 都采用相同的材料搭配。 太陽(yáng)輪： 20CrMnTi，滲碳淬火回火，表面硬度HRC56~62，σHlim=1500N·mm-2、σFlim=470 N·mm-2 行星輪： 20CrMnTi，表面淬火，滲碳淬火回火，表面硬度HRC56~62，σHlim=1500N·mm-2、σFlim=470 N·mm-2。因雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)際σFlim=470*0.8=376 N·mm-2 內(nèi)齒圈： 20CrMnTi，齒面滲碳淬火HRC56~60.，σHlim=1500 N·mm-2、σFlim=470 N·mm-2 3.2.4 配齒及傳動(dòng)比計(jì)算 表1 分配傳動(dòng)比及各級(jí)配齒 傳動(dòng)級(jí) za小齒輪 zc行星齒輪 zb內(nèi)齒輪 傳動(dòng)比 行星數(shù) 模數(shù)m 第一級(jí) 17 43 95 6.588 3 2 第二級(jí) 17 31 67 4.9412 3 2.5 第三級(jí) 20 19 48 3.4 3 4 實(shí)際總傳動(dòng)比為： 3.3 齒輪參數(shù)初步確定 3.3.1 按彎曲強(qiáng)度估算各級(jí)齒輪法向模數(shù) (3-1) 估算第一級(jí)法向模數(shù) (3-1)式中： (直齒輪) (載荷平穩(wěn)) (尺寸精度為6級(jí)，轉(zhuǎn)速超過(guò)300r/min) N·m N·m ， ()， ，取mm 估算第二級(jí)法向模數(shù) (3-1)式中： (直齒輪) (載荷平穩(wěn)) (尺寸精度為6級(jí)，轉(zhuǎn)速低于300r/min) N·m N·m ， ()， ，取mm 估算第三級(jí)法向模數(shù) (3-1)式中： (直齒輪) (載荷平穩(wěn)) (尺寸精度為6級(jí)，轉(zhuǎn)速低于300r/min) N·m N·m ， ()， mm，取mm 3.3.2 各級(jí)主要幾何尺寸 第一級(jí)主要幾何尺寸 太陽(yáng)輪分度圓直徑：mm 行星輪分度圓直徑：mm 內(nèi)齒圈分度圓直徑：mm 齒寬： mm 第二級(jí)主要幾何尺寸 太陽(yáng)輪分度圓直徑： mm 行星輪分度圓直徑： mm 內(nèi)齒圈分度圓直徑： mm 齒寬： mm 第三級(jí)主要幾何尺寸 太陽(yáng)輪分度圓直徑： mm 行星輪分度圓直徑： mm 內(nèi)齒圈分度圓直徑： mm 齒寬： mm 3.4 各級(jí)齒輪疲勞強(qiáng)度校核 3.4.1 第一級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 第一級(jí)外嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， N mm 第一級(jí)外嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力： 式中 N mm mm ， ， m/s， 第一級(jí)內(nèi)嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， mm 第一級(jí)內(nèi)嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力：。只計(jì)算內(nèi)齒輪。 式中 N mm mm m/s， 3.4.2 第二級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 第二級(jí)外嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， mm 第二級(jí)外嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力： 式中 mm mm ， ， m/s， N/mm2 N/mm2 第二級(jí)內(nèi)嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， N mm N/mm2 第二級(jí)內(nèi)嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力：。只計(jì)算內(nèi)齒輪。 式中 N mm mm m/s， N/mm2 3.4.3 第三級(jí)疲勞強(qiáng)度校核 第三級(jí)外嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， mm 第三級(jí)外嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力： 式中 N mm mm ， ， m/s， 第三級(jí)內(nèi)嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算接觸應(yīng)力： 式中 m/s， [20] mm 第三級(jí)內(nèi)嚙合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算彎曲應(yīng)力：。只計(jì)算內(nèi)齒輪。 式中 N mm mm m/s， 表2 各級(jí)輪系強(qiáng)度校核表（N/mm2） 級(jí)數(shù) 計(jì)算接觸強(qiáng)度 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 計(jì)算彎曲強(qiáng)度 彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) 第 1 級(jí) 太陽(yáng)輪 577 2.60 73 6.44 行星輪 577 2.60 64 5.88 內(nèi)齒輪 210 7.14 81 5.80 第 2 級(jí) 太陽(yáng)輪 1174 1.28 272 1.73 行星輪 1174 1.28 248 1.52 內(nèi)齒輪 498 3.01 279 1.68 第 3 級(jí) 太陽(yáng)輪 1244 1.21 271 1.73 行星輪 1244 1.21 275 1.37 內(nèi)齒輪 689 2.18 294 1.60 3.5 齒輪靜強(qiáng)度校核 考慮到傳動(dòng)系的瞬時(shí)過(guò)載，按各級(jí)Tmax=1.5T進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。 對(duì)20CrMnTi，Mpa 第一級(jí)太陽(yáng)輪 Mpa 第一級(jí)行星輪 Mpa 第二級(jí)太陽(yáng)輪 Mpa 第二級(jí)行星輪 Mpa 第三級(jí)太陽(yáng)輪 Mpa 第三級(jí)行星輪 Mpa 3.6 齒輪靜強(qiáng)度校核 3.6.1 傳動(dòng)比條件 各級(jí)齒輪齒數(shù)的選擇均滿足所給定的傳動(dòng)比要求。 3.6.2鄰接條件 必須保證相鄰兩行星輪互不相碰，并留有大于0.5倍模數(shù)的間隙。 表3 各級(jí)傳動(dòng)鄰接條件表 參數(shù) 級(jí)數(shù) 鄰接條件 第一級(jí) 90 60 103.9 滿足 第二級(jí) 82.5 60 103.9 滿足 第三級(jí) 84 78 135 滿足 3.6.3同心條件 為了保證正確的嚙合，各對(duì)嚙合齒輪之間的中心距必須相等。即，[27]。本傳動(dòng)方案各級(jí)傳動(dòng)均按手冊(cè)推薦選取，滿足同心條件。 3.6.4裝配條件 保證各行星輪均能均布地安裝于兩中心齒輪之間，并且與兩個(gè)中心輪嚙合良好，沒(méi)有錯(cuò)位現(xiàn)象。本傳動(dòng)方案各級(jí)傳動(dòng)均按手冊(cè)推薦選取，滿足裝配條件。 3.7 嚙合參數(shù) 各級(jí)齒輪副間均采用標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)。 3.8 齒輪幾何尺寸計(jì)算 表4第一級(jí)傳動(dòng)齒輪副幾何參數(shù) 序號(hào) 名稱 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒輪 1 模數(shù) 2 2 2 2 壓力角 20° 20° 20° 3 變位系數(shù) 0 0 0 4 分度圓直徑mm 34 86 206 5 齒頂高mm 2 2 2 6 齒根高mm 2.5 2.5 2.5 7 齒頂圓直徑mm 38 90 210 8 齒根圓直徑mm 29 81 201 9 基圓直徑mm 31.95 80.81 193.58 10 中心距mm 60 60 11 齒頂圓壓力角 32.77° 26.12° 22.81° 12 重合度 1.617 1.72 表5第二級(jí)傳動(dòng)齒輪副幾何參數(shù) 序號(hào) 名稱 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒輪 1 模數(shù) 2.5 2.5 2.5 2 壓力角 20° 20° 20° 3 分度圓直徑mm 42.5 77.5 197.5 4 齒頂高mm 2.5 2.5 2.5 5 齒根高mm 3.125 3.125 3.125 6 齒頂圓直徑mm 47.5 82.5 202.5 7 齒根圓直徑mm 36.25 71.25 191.25 8 基圓直徑mm 39.94 72.83 185.59 9 中心距mm 60 60 10 齒頂圓壓力角 32.77° 28.02° 23.58° 11 重合度 1.588 1.94 表6第三級(jí)傳動(dòng)齒輪副幾何參數(shù) 序號(hào) 名稱 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒輪 1 模數(shù) 4 4 4 2 壓力角 20° 20° 20° 3 分度圓直徑mm 80 76 240 4 齒頂高mm 4 4 4 5 齒根高mm 5 5 5 6 齒頂圓直徑mm 88 84 248 7 齒根圓直徑mm 70 66 230 8 基圓直徑mm 75.17 71.41 225.53 9 中心距mm 78 78 10 齒頂圓壓力角 31.33° 31.78° 24.58° 11 重合度 1.552 1.94 3.9 傳動(dòng)效率計(jì)算 第一級(jí)傳動(dòng)效率： 第二級(jí)傳動(dòng)效率： 第三級(jí)傳動(dòng)效率： 總嚙合效率： 3.10 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本行星齒輪減速箱在結(jié)構(gòu)上采用3級(jí)NGW型行星傳動(dòng)，減速比大、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大。 各級(jí)行星輪系都由太陽(yáng)輪、行星輪和內(nèi)齒圈構(gòu)成，其中1、2、3級(jí)行星輪個(gè)數(shù)為3個(gè)。各級(jí)之間，上一級(jí)的行星架與下一級(jí)太陽(yáng)輪軸通過(guò)齒輪連軸器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接。輸出軸采用花鍵實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了各級(jí)齒輪連軸器和花鍵連接的強(qiáng)度校核。 3.11 軸承設(shè)計(jì)及校核 表7 各級(jí)行星輪軸承選擇及額定載荷[29] 型號(hào) 基本額定動(dòng)載荷(KN) 基本額定靜載荷(KN) 輸入軸軸承 16010 16.1 13.1 第一級(jí)行星輪軸承 16004 7.9 4.5 第二級(jí)行星輪軸承 16004 7.9 4.5 第三級(jí)行星輪軸承 NA4906 25.5 35.5 輸出軸左側(cè)軸承 NU1022 115 155 輸出軸右側(cè)軸承 33119 298 498 3.11.1 第一級(jí)行星輪軸承校核 行星輪切向力為： N 單個(gè)軸承所受力為： N， N 沖擊載荷系數(shù)，考慮輕微沖擊，取 對(duì)于深溝球軸承16004，當(dāng)量動(dòng)載荷為： N[30] 軸承壽命為： 計(jì)算額定動(dòng)載荷為： 計(jì)算當(dāng)量靜載荷為： N[31] 滾動(dòng)軸承安全系數(shù)按正常使用軸承取[32] 計(jì)算額定靜載荷為： N 第一級(jí)行星輪軸承16004通過(guò)校核。 3.11.2 第二級(jí)行星輪軸承校核 行星輪切向力為： N 單個(gè)軸承所受力為： N， N 沖擊載荷系數(shù)，取 對(duì)于深溝球軸承16004，當(dāng)量動(dòng)載荷為： N 軸承壽命為： 計(jì)算額定動(dòng)載荷為： N 計(jì)算當(dāng)量靜載荷為： N 滾動(dòng)軸承安全系數(shù)按正常使用軸承取 計(jì)算額度靜載荷為：N 第二級(jí)行星輪軸承16004通過(guò)校核。 3.11.3 第三級(jí)行星輪軸承校核 行星輪切向力為： N 單個(gè)軸承所受力為： N， N 沖擊載荷系數(shù)，取 對(duì)于滾針軸承NA4906，當(dāng)量動(dòng)載荷為： N 軸承壽命為： 計(jì)算額定動(dòng)載荷為： N 計(jì)算當(dāng)量靜載荷為： N 滾動(dòng)軸承安全系數(shù)按正常使用軸承取 計(jì)算額定靜載荷為： N 第三級(jí)行星輪軸承NA4906通過(guò)校核。 3.11.4 輸出軸軸承校核 輸出轉(zhuǎn)矩： N.m 輸出小齒輪分度圓上名義切向力： N 輸出小齒輪名義徑向力： N 齒輪合成受力為 N 根據(jù)輸出軸的合成力矩平衡條件： 輸出軸左端軸承所受徑向力：N，由于左端軸承采用一個(gè)圓柱滾子軸承NJ1020和一個(gè)深溝球軸承61824，所以每個(gè)軸承所受徑向力： N， N 輸出軸右端軸承所受徑向力：N，由于右端軸承采用兩個(gè)圓錐滾子軸承352217X2，所以單個(gè)軸承所受最大徑向力： N， N 滾動(dòng)軸承安全系數(shù)按正常使用軸承取 計(jì)算左端NJ1020軸承額定靜載荷為： N 輸出軸左側(cè)軸承NJ1020通過(guò)校核。 計(jì)算左端61824軸承額定靜載荷為： N 輸出軸左側(cè)軸承61824通過(guò)校核。 計(jì)算右端352217X2額定靜載荷為： N 輸出軸右側(cè)軸承352217X2通過(guò)校核。 3.12 軸的強(qiáng)度校核 3.12.1太陽(yáng)輪軸強(qiáng)度計(jì)算 按轉(zhuǎn)矩太陽(yáng)輪軸最小軸徑： mm[33] 由于太陽(yáng)輪軸采用20CrMnTi，所以＝52MPa，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表： 表8太陽(yáng)輪軸計(jì)算 參數(shù) 級(jí)數(shù) 太陽(yáng)輪軸最小軸徑mm 實(shí)際太陽(yáng)輪軸徑mm 第1級(jí)太陽(yáng)輪軸 15.2 28 第2級(jí)太陽(yáng)輪軸 29.2 35 第3級(jí)太陽(yáng)輪軸 50 50 3.12.2行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算 行星軸按心軸彎矩進(jìn)行校核： mm[34] 其中，行星輪軸的材料為40CrNiMoA，其許用彎曲應(yīng)力為Mpa，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表： 表9軸校核 級(jí)數(shù) 彎矩M(N.mm) 最小軸徑mm 實(shí)際行星輪軸徑mm 第一級(jí)行星輪軸 11018 6.9 20 第二級(jí)行星輪軸 56434 12 20 第三級(jí)行星輪軸 241660 19.4 30 3.13直齒聯(lián)軸器強(qiáng)度校核計(jì)算 3.13.1第二級(jí)直齒聯(lián)軸器 直齒聯(lián)軸器輪齒剪切應(yīng)力校核計(jì)算公式：[35] 直齒聯(lián)軸器輪齒擠壓應(yīng)力校核計(jì)算公式：[35] N·m [35] [36] mm mm [35] [36] mm[36] [36] 第二級(jí)直齒齒聯(lián)軸器強(qiáng)度校驗(yàn)通過(guò)。 3.13.2第三級(jí)直齒聯(lián)軸器 直齒聯(lián)軸器輪齒剪切應(yīng)力校核計(jì)算公式：[35] 直齒聯(lián)軸器輪齒擠壓應(yīng)力校核計(jì)算公式：[35] N·m [35] [36] mm mm [35] [36] mm[36] [36] 第三級(jí)鼓形齒聯(lián)軸器強(qiáng)度校驗(yàn)通過(guò)。 3.14花鍵軸擠壓強(qiáng)度校核 花鍵擠壓強(qiáng)度公式：；許用壓強(qiáng)[37] N·m mm mm mm < 花鍵擠壓強(qiáng)度校驗(yàn)通過(guò)。 第4章 結(jié)論與展望 4.1 總結(jié) 目前世界能源機(jī)構(gòu)主要由石油、煤炭、水或核能發(fā)電。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求也越來(lái)越大。傳統(tǒng)能源的一些缺點(diǎn)正在逐步顯現(xiàn)。目前，風(fēng)力發(fā)電的強(qiáng)勁生命力已逐漸顯現(xiàn)。 變速齒輪箱是風(fēng)機(jī)各組成部分的故障率最高的一種，也是風(fēng)力機(jī)變槳距系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要瓶頸。目前國(guó)內(nèi)瀝青齒輪箱的失效主要集中在齒輪箱的工作壽命，不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。齒輪失效是齒輪箱失效的主要原因。因此，齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)已成為風(fēng)力機(jī)制造的關(guān)鍵。 本文通過(guò)對(duì)風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與研究，根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件。在本文中，對(duì)1.5MW風(fēng)力機(jī)變槳距變速箱傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)合理，可靠性高的要求，強(qiáng)度，可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展提供了一定的依據(jù)。 4.2 展望 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳減速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及方面眾多，本文中雖然完成了部分強(qiáng)度校核工作，但需要繼續(xù)完成的內(nèi)容還有很多。主要需要繼續(xù)深入研究的工作有： (1) 完善齒輪齒面修形設(shè)計(jì)，確定齒輪等關(guān)鍵部件熱處理工藝 (2) 采樣具體風(fēng)場(chǎng)載荷譜，對(duì)整機(jī)受迫情況下進(jìn)行振動(dòng)分析。 參考文獻(xiàn) 【1】 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第六卷 .機(jī)械工業(yè)出版社 【2】 姚興佳主編.風(fēng)力發(fā)電原理與應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.6 【3】 芮曉明主編.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2 【4】葉偉昌主編.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社 【5】陳立德主編.機(jī)械裝備制造設(shè)計(jì)高等教育出版社 【6】孫桓 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Wang.The Dynamic Modeling of A Spur In Mesh Including Friction and A Crack.Mechanical Systems and Signal Processing，200 1， 5(5)：831-853 致謝 本論文設(shè)計(jì)在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫作過(guò)程，論文初稿與定稿無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意！ 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。同時(shí)，在論文寫作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝同組的各位同學(xué)以及我的室友，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！ 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！