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1、湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，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)風(fēng)電齒輪箱的研究起步較晚，技術(shù)薄弱，特別是兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。因此，急需對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行自主開發(fā)研究，真正掌握風(fēng)電齒輪箱設(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)的是兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱，通過方案的選取，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)。 1）根據(jù)風(fēng)電齒輪箱承受載荷的復(fù)雜性，對(duì)其載荷情況進(jìn)行了分析研究,確定齒輪箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)。選取兩級(jí)行星

2、派生型傳動(dòng)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳動(dòng)比分配與各級(jí)傳動(dòng)參數(shù)如模數(shù)，齒數(shù)，螺旋角等的確定；通過計(jì)算，確定各級(jí)傳動(dòng)的齒輪參數(shù)；選擇適當(dāng)?shù)凝X輪。 2）對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行受力分析，得出各級(jí)齒輪載荷結(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。 3）繪制CAD裝配圖，并確定恰當(dāng)合理參數(shù)。 關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪箱；風(fēng)力發(fā)電；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 i 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT The rapid development of wind power

3、 industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts

4、 late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in orde

5、r to achieve the goal of localization． 1）The load Cases of gearbox for wind turbines ale analyzed，and the interrelation of loading cycle numbers under different torque levels is deduced according to the curve of materials’fatigue．the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage deriv

6、ation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is calculated．，and the force analysis results is obtained． 2）the static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standard．The result shows that it is accord with safety

7、 requirements． 3）Draw CAD drawings, and determine appropriate reasonable parameters. KEYWORDS：Gearbox for Wind Turbine；the wind power；Structure Design. 目 錄 第一章 前 言 - 1 - 1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) - 1 - 1.1.1風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) - 1 - 1.1.2風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展現(xiàn)狀 - 2 - 1.1.3我國(guó)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)的現(xiàn)狀 - 3 -

8、1.1.4存在問題及展望 - 4 - 1.2論文的主要內(nèi)容 - 5 - 第二章 增速箱齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 6 - 2.1 增速箱齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù) - 6 - 2.2 增速箱齒輪設(shè)計(jì)方案 - 6 - 2.3 齒輪參數(shù)的確定 - 8 - 2.3.1 低速級(jí)參數(shù)的計(jì)算 - 9 - 2.3.2 中間級(jí)參數(shù)的計(jì)算 - 12 - 2.3.3 高速級(jí)參數(shù)計(jì)算 - 14 - 2.4 受力分析與強(qiáng)度校核 - 16 - 2.4.1 受力分析 - 16 - 2.4.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核 - 19 - 第三章 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核 - 23 - 3.1低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算與校核 - 23

9、- 3.1.1低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算 - 23 - 3.1.2低速級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 - 24 - 3.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 - 25 - 3.2.1中間級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算 - 25 - 3.2.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 - 26 - 3.3 高速級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 27 - iv 3.4輸出傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 28 - 第四章 齒輪箱其他部件的設(shè)計(jì) - 29 - 4.1軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 29 - 4.2行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 29 - 4.3傳動(dòng)齒輪箱箱體設(shè)計(jì) - 30 - 4.4齒輪箱的密封，潤(rùn)滑，冷卻 - 30 - 4.4.1

10、齒輪箱的密封 - 30 - 4.4.2 齒輪箱的潤(rùn)滑，冷卻 - 31 - 4.5齒輪箱的使用安裝 - 32 - 第五章 結(jié)論 - 33 - 參考文獻(xiàn) - 34 - 致 謝 - 36 - 第一章 前 言 1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 1.1.1風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)能源，與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電不依賴外部能源，沒有燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)電成本穩(wěn)定，也沒有碳排放等環(huán)境成本；此外，可利用的風(fēng)能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。正是因?yàn)橛羞@些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電逐漸成 為許多國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，發(fā)展迅速。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)，全

11、球的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)正以驚人的速度增長(zhǎng)，在過去10年平均年增長(zhǎng)率達(dá)到28％，2007年年底，全球裝機(jī)總量達(dá)到了9400萬千瓦，每年新增2000萬千瓦，意味著每年在該領(lǐng)域的投資額達(dá)到了200億歐元。 許多國(guó)家采取了諸如價(jià)格，市場(chǎng)配額，稅收等各種激勵(lì)政策，從不同的方面引導(dǎo)和支持風(fēng)電的發(fā)展。在政策的鼓勵(lì)下，200年全球風(fēng)電新裝機(jī)容量約為2000 萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)9400萬千瓦。2008年是風(fēng)電發(fā)展具有標(biāo)志性的一年：這一年風(fēng)電成為非水電可再生能源中第一個(gè)全球裝機(jī)超過l億千瓦的電力資源。風(fēng)電作為能源領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的行業(yè)，共為全球提供了近20萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，僅2006年風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)投資就接近170億歐元。歐洲和

12、美國(guó)在風(fēng)電市場(chǎng)中占統(tǒng)治地位，其中德國(guó)是目前風(fēng)電裝機(jī)最大的國(guó)家，裝機(jī)容量超過2000萬千瓦；美國(guó)和西班牙也都超過了1000萬千瓦：印度是除美國(guó)和歐洲之外新裝機(jī)容量最大的國(guó)家，裝機(jī)總?cè)萘恳渤^600萬千瓦。世界風(fēng)電前十名國(guó)家近05至07年發(fā)展情況如圖1.1所示。 圖1-1 世界風(fēng)電前十名國(guó)家05-07年發(fā)展情況比較 就近幾年來世界風(fēng)電發(fā)展格局和趨勢(shì)分析來看，主要有以下幾個(gè)特征： (1) 風(fēng)電發(fā)展向歐盟，北美和亞洲三駕馬車井駕齊驅(qū)的格局轉(zhuǎn)變。 (2) 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速，成本持續(xù)下降。 (3) 政府支持仍然是歐洲風(fēng)電發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α? (4) 中國(guó)是未來世界風(fēng)電發(fā)展最重要的

13、潛在市場(chǎng)。 全球風(fēng)能理事會(huì)是世界公認(rèn)的風(fēng)電預(yù)測(cè)的權(quán)威機(jī)構(gòu)，據(jù)全球風(fēng)能理書會(huì)的預(yù) 測(cè)。未來五年，全球風(fēng)電還將保持20％以上增長(zhǎng)速度，到2012年，全球風(fēng)電機(jī)容量將達(dá)到2.4億千瓦．年發(fā)電5000億干瓦時(shí)．風(fēng)電電力約占全球電力供應(yīng)的 3％。歐洲將繼續(xù)保持總裝機(jī)容景第一的位置，亞洲將會(huì)超過北美市場(chǎng)排在第二位。 我國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源豐富。2006年，國(guó)家氣候中心也采用數(shù)值模擬方法對(duì)我國(guó)風(fēng)能資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果是：在不考慮青藏高原的情況下．全國(guó)陸地上離地面10米高度層風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為25.48億千瓦。近年來，特別是《可再生能源法》實(shí)施以來，中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)

14、展十分迅速。 2007年，全球風(fēng)電資金15％投向了中國(guó)，總額達(dá)34億歐元，中國(guó)真正成為全球最大的風(fēng)電市場(chǎng)。從我國(guó)的發(fā)展情況來看，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將會(huì)長(zhǎng)期保持快速發(fā)展，主要由以下因素的支撐： (1) 國(guó)家能源政策升華； (2) 氣候變化的推動(dòng)； (3) 風(fēng)電技術(shù)成熟。 依據(jù)目前的趨勢(shì)，保守估計(jì)，到2020年，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)可以達(dá)到7000 萬千瓦。屆時(shí)風(fēng)電在全國(guó)電力裝機(jī)中的比例接近6％，風(fēng)電電量約占總發(fā)電量的2.8％．從2020年開始，風(fēng)電和常規(guī)電力相比，成本優(yōu)勢(shì)已比較明顯。至2030年，風(fēng)電在全國(guó)電力容量中的比重將超過11％，可以滿足全國(guó)5.7％的

15、電力需求。 1.1.2風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展現(xiàn)狀 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，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中最重要的部件，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。風(fēng)機(jī)增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電整機(jī)的配套產(chǎn)品，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個(gè)重要的機(jī)械傳動(dòng)部件，它 的重要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電，它的研究和開發(fā)是風(fēng)電技術(shù)的核心，并正向高效，高可靠性及大功率方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常安裝在高山，荒野，海灘，海島等野外風(fēng)口處， 經(jīng)常承受無規(guī)律的變相變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，并且常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的作用，故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出

16、了比一般機(jī)械產(chǎn)品高得多的要求。 風(fēng)電行業(yè)中發(fā)展最快，最有影響的國(guó)家主要有美國(guó)，德國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家， 在風(fēng)電行業(yè)中處于統(tǒng)治地位。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家早已開發(fā)出單機(jī)容量達(dá)兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并且技術(shù)相對(duì)成熟，具有比較完善的設(shè)計(jì)理論和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而且商業(yè)化程度比較高，因此在國(guó)際風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中處于明顯的優(yōu)勢(shì)和主導(dǎo)地位。 國(guó)外兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱是隨風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)而發(fā)展起來的，Renk，F(xiàn)lender等風(fēng)電齒輪箱制造公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中采用三維造型設(shè)計(jì)，有限元分析，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，并通過模擬和試驗(yàn)測(cè)試對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。此外，國(guó)外通過理論分析及試驗(yàn)測(cè)試對(duì)風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為風(fēng)電齒輪

17、箱的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl9703-2003和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS081400-4：2005都對(duì)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)提出了具體的設(shè)計(jì)規(guī)范和要求。盡管國(guó)際上齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，齒輪箱出現(xiàn)故障仍然是M機(jī)故障的最主要原因，約占風(fēng)機(jī)故障總數(shù)的20％左右。 由于我國(guó)商業(yè)化大型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)上較歐美等風(fēng)能技術(shù)發(fā)達(dá) 國(guó)家存在報(bào)大差距。我國(guó)在九五期間開始走引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的路子，通過引進(jìn)和吸 收國(guó)外成熟的技術(shù)，成功開發(fā)出了兆瓦級(jí)以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)。十五期間在國(guó)家863 計(jì)劃中重點(diǎn)提出容量更大的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究和開發(fā)課題．但是最為世 界上的風(fēng)能大國(guó)，目前我國(guó)

18、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開發(fā)主要是引進(jìn)國(guó)外成熟的技術(shù)，關(guān)鍵就因?yàn)槲覈?guó)的設(shè)計(jì)水平不高。 目前我國(guó)主要有幾家公司制造風(fēng)電齒輪箱：南京高精齒輪有限公司，重慶齒 輪箱有限責(zé)任公司，杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)。其中，前兩家公司占據(jù)了將近70％市場(chǎng)份額。對(duì)于現(xiàn)行主流的兆瓦級(jí)以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，國(guó)內(nèi)的幾十家生產(chǎn)廠商絕大多數(shù)采用的部是引進(jìn)國(guó)外的成熟技術(shù)。由于傳遞的功率大，對(duì)兆瓦級(jí)增速齒輪傳動(dòng)的可靠性和壽命要求非常高．因而增速齒輪的設(shè)計(jì)成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的瓶頸，是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。從目前的情況來看，風(fēng)電齒輪箱市場(chǎng)可發(fā)展空間廣闊，齒輪箱驅(qū)動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組仍是市場(chǎng)主流。 1.1.3我國(guó)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技

19、術(shù)的現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)已基本掌握了兆瓦以下風(fēng)電增速箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型為600kW～800kW其增速齒輪箱已在重慶齒輪箱有限責(zé)任公司，南京高精齒輪集團(tuán)有限公司，杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)有限公司等廠家批量生產(chǎn)。產(chǎn)品系列方面目前已有重慶齒輪箱有限責(zé)任公司的FL系列，南京高精齒輪集團(tuán)有限公司的Ⅲ系列，杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)有限公司的FZ系列以及鄭州機(jī)械研究所的FC系列風(fēng)電增速箱這四家企業(yè)及國(guó)內(nèi)其它一些齒輪制造企業(yè)正在進(jìn)行1.5MW,2MW風(fēng)電增速箱的開發(fā)和5MW以及更大功率的風(fēng)電增速箱試生產(chǎn)。盡管如此我國(guó)風(fēng)電齒輪箱仍是風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化中的薄弱環(huán)節(jié)尚不能滿足市場(chǎng)需求。 目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組

20、的技術(shù)引進(jìn)基本上是以產(chǎn)品生產(chǎn)許可方式進(jìn)行的從國(guó)外 引進(jìn)的只是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的集成技術(shù)并不包括齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。國(guó)內(nèi)風(fēng)力 發(fā)電增速齒輪箱的設(shè)計(jì)基本是參照引進(jìn)集成技術(shù)中的齒輪箱采購規(guī)范進(jìn)行的齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外聯(lián)結(jié)尺寸按進(jìn)口風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求進(jìn)行類比設(shè)計(jì)。因此國(guó)內(nèi) 并未真正引進(jìn)風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)更談不上完全掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。 在風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)裝置技術(shù)研究方面國(guó)內(nèi)起步較晚基礎(chǔ)較薄弱人才匱乏。鄭州 機(jī)械研究所近幾年來對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)電齒輪箱先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了跟蹤研究并依靠幾十年的齒輪傳動(dòng)和強(qiáng)度等專業(yè)的成果，經(jīng)驗(yàn)的積累開發(fā)出了全套風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)裝置 設(shè)計(jì)分析軟件——WinGear。該軟件是在該

21、所專業(yè)齒輪軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的風(fēng)力發(fā) 電齒輪箱專用設(shè)計(jì)，計(jì)算分析和繪圖軟件集成了通用齒輪箱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)同時(shí)考慮 了風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的變載荷，高可靠性，增速傳動(dòng)等特點(diǎn)。軟件涵蓋了A(MA6006，AGvIA2101，IS06336及(B3480等標(biāo)準(zhǔn)具有齒輪，軸，軸承，鍵等主要零部件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和分析等功能，可完成風(fēng)電載荷譜分析，當(dāng)量載荷計(jì)算軸承擴(kuò)展壽命計(jì)算等功能。利用該軟件鄭州機(jī)械研究所已完成了750kW，1OMW，1.5MW和2.0MW以及5.0MW齒輪箱的參數(shù)設(shè)計(jì)。此外鄭州機(jī)械研究所還開發(fā)了基于Solid Works的智能型CAE分析系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)箱體，行星架，輸入軸等重要零部件的有限元分

22、析和優(yōu)化。 1.1.4存在問題及展望 盡管我國(guó)風(fēng)電齒輪箱國(guó)產(chǎn)化工作近年來取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步基本掌握了兆瓦級(jí)以下機(jī)組的設(shè)計(jì)制造技術(shù)并形成了600kW至800kW風(fēng)電增速箱的批量生產(chǎn)能力，但目前仍存在以下問題： 1) 國(guó)內(nèi)缺乏基礎(chǔ)性的研究工作和基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)外技術(shù)尚未完全消化自 主創(chuàng)新能力不足。 2) 嚴(yán)重缺乏既掌握低速重載齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)又了解風(fēng)電技術(shù)的人才，缺乏高水平的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員。 3) 未完全掌握大型風(fēng)電增速箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)產(chǎn)品以仿制為主可靠性不高, 質(zhì)量穩(wěn)定性較差。掌握設(shè)計(jì)制造技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少無論是產(chǎn)品數(shù)量還是產(chǎn)品質(zhì)量都難以滿足市場(chǎng)需要。 4) 缺乏大型試驗(yàn)裝置

23、及測(cè)試手段。 5) 缺乏行業(yè)資源共享，信息互通，共同發(fā)展的平臺(tái)和機(jī)制。 1.2論文的主要內(nèi)容 風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)某型風(fēng)機(jī)所要求的技術(shù)匹配參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)凝X 輪傳動(dòng)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳動(dòng)比分配與各級(jí)傳動(dòng)參數(shù)如模數(shù)，齒數(shù)，螺旋角 等的確定。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)副的受力分析，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。 風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：水平軸風(fēng)機(jī)；垂直軸風(fēng)機(jī)。目前市場(chǎng)上普遍應(yīng)用的均為水平軸風(fēng)力機(jī)。本文也主要參考水平軸的結(jié)構(gòu)形式。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞到發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)

24、電機(jī)發(fā)電要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為 增速箱。 根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，有時(shí)將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動(dòng)軸(俗稱大軸) 與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸 節(jié)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，本文選用后一種方案。為了增加機(jī)組的制動(dòng)能力，在齒輪箱的輸 出端設(shè)置剎車裝置，配合變槳距制動(dòng)裝置共同對(duì)機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動(dòng)。具體到齒輪箱其它部位諸如軸承，軸等，因?yàn)楹茈y用試驗(yàn)臺(tái)來驗(yàn)證齒輪箱各部分的可靠性。 第二章 增速箱齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 增速箱齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù) 在設(shè)計(jì)5

25、.0MW海上風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，該設(shè)計(jì)提供以下的技術(shù)指標(biāo)： 發(fā)電機(jī)額定功率：5000KW 總齒輪傳動(dòng)比： 97：1 額定功率時(shí)輸入轉(zhuǎn)速：12.1rpm 額定功率時(shí)輸出轉(zhuǎn)速：1173.7rpm 同時(shí)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定進(jìn)行齒輪計(jì)算，按3倍功率計(jì)算靜強(qiáng)度，同時(shí)外齒輪制造精度不低于6級(jí)，齒面硬度HRC60~62（太陽輪）和HRC56~58（行星輪），太陽輪和行星輪材料用，滲碳淬火。 2.2 增速箱齒輪設(shè)計(jì)方案 對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，傳動(dòng)比多在100左右，一般有兩種傳動(dòng)形式：一級(jí)行星+兩級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)，兩級(jí)行星+一級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)。相對(duì)于平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)，行星傳

26、動(dòng)的以下優(yōu)點(diǎn)： 1）傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳遞功率范圍大，使功率分流； 2）合理使用了內(nèi)嚙合；共軸線式的傳動(dòng)裝置，使軸向尺寸大大縮小而；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和振動(dòng)能力較強(qiáng)。 在具有上述特點(diǎn)和優(yōu)越性的同時(shí)，行星齒輪傳動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動(dòng)復(fù)雜；對(duì)制造質(zhì)量要求高：由于體積小，散熱面積小導(dǎo)致油溫升高，故要求嚴(yán)格的潤(rùn)滑與冷卻裝置。這兩種行星傳動(dòng)與平行軸傳動(dòng)相混合的傳動(dòng)形式，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。 依據(jù)提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過方案比較，總傳動(dòng)比i=97：1，采用兩級(jí)行星派生5.0MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì)型傳動(dòng)，即兩級(jí)行星傳動(dòng)+高速軸定軸傳動(dòng)。為補(bǔ)償不可避免的制造誤差

27、，行星傳動(dòng)一般采用均載機(jī)構(gòu)，均衡各行星輪傳遞的載荷，提高齒輪的承載能力，嚙合平穩(wěn)性和可靠性，同時(shí)可降低對(duì)齒輪的精度要求，從而降低制造成本。 對(duì)于具有三個(gè)行星輪的NGW型行星傳動(dòng)，常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu)件浮動(dòng)。由于太陽輪重量輕，慣性小，作為均載浮動(dòng)件時(shí)浮動(dòng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于中低速工況下的浮動(dòng)均載，尤其是具有三個(gè)行星輪時(shí)，效果最為顯著。因此在本文的風(fēng)電增速箱中，兩級(jí)NGW型行星傳動(dòng)中，均采用中心輪浮動(dòng)的均 載機(jī)構(gòu)。 圖2-1 5.0MW風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 行星齒輪傳動(dòng)由于有多對(duì)齒輪同時(shí)參與嚙合承受載荷，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)行星輪系各齒輪齒數(shù)必須

28、要滿足一定的幾何條件： （1）保證兩太陽輪和系桿轉(zhuǎn)軸的軸線重合，即滿足同心條件: （2.1） （2）保證3個(gè)均布的行星輪相互間不發(fā)生干涉，即滿足鄰接條件: （2.2） （3）設(shè)計(jì)行星輪時(shí)，為使各基本構(gòu)件所受徑向力平衡，各行星輪在圓周上應(yīng)均勻分布或?qū)ΨQ分布。為使相鄰兩個(gè)行星輪不相互碰撞，必須保證它們齒頂之間在連接線上有一定問隙。保證在采用多個(gè)行星輪時(shí)，各行星輪能夠均勻地分布在兩太陽輪之間，即滿足安裝條件

29、 （2.3） 式中 C為整數(shù)，裝配行星輪時(shí)，為使各基本構(gòu)件所受徑向力平衡，各行星輪在圓周上應(yīng)均勻分布或?qū)ΨQ分布。 保證輪系能夠?qū)崿F(xiàn)給定的傳動(dòng)比 ，即滿足傳動(dòng)比條件。當(dāng)內(nèi)齒圈不動(dòng)時(shí) （2.4） 式中： ——中心太陽輪齒數(shù)； ——行星輪齒數(shù)； ——內(nèi)齒圈齒數(shù)； K——行星輪個(gè)數(shù)； ——齒頂高系數(shù)； 滿足的同心條件：行星架的回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)該和兩中心輪的幾何軸線相互垂直，符合要求是輪1和輪3的中心距等于輪2和輪3的中心距： (同時(shí)選用奇數(shù)

30、或同時(shí)為偶數(shù)) （2.5） 2.3 齒輪參數(shù)的確定 取兩級(jí)行星傳動(dòng)比，而總傳動(dòng)比是97：1 則高速端定軸傳動(dòng)比為。角標(biāo)表示低速級(jí)輸入端，角標(biāo)表示中間級(jí)輸入端。兩級(jí)外嚙合齒輪材料，齒面硬度相同。則。 取，，，， ， 所以，=3.8 而 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 故 式中：——齒輪的接觸疲勞極限； —— 載荷不均勻系數(shù)； —— 對(duì)分度圓直徑的齒寬系數(shù)； ——?jiǎng)虞d荷系數(shù) —— 接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)； —— 接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分

31、布系數(shù)； —— 齒面工作硬化系數(shù)； 2.3.1 低速級(jí)參數(shù)的計(jì)算 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取螺旋角，壓力角 ，則 （1）計(jì)算低速級(jí)齒輪齒數(shù) 取， ， 適當(dāng)調(diào)整。 （根據(jù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：NGW型行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)組合） 則得到：， ，。 采用不等角變位，?。ㄕ{(diào)整C取整數(shù)） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表14-327，不等角變位公式： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表14-5-2（變位傳動(dòng)的端面嚙合角）。 可得到預(yù)計(jì)嚙合角：，。 預(yù)選 （2）計(jì)算a-c傳動(dòng)的中心距與模數(shù) 首先，輸入的扭矩 。 在a-c傳動(dòng)中，小輪（太陽輪）傳遞的扭矩：

32、 太陽輪和行星輪材料用，滲碳淬火，齒面硬度HRC60~62（太陽輪）和HRC56~58（行星輪），選取，齒數(shù)比，齒寬系數(shù) (查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到) 則：按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表14-1-60中的公式計(jì)算中心距： mm （式中k表示接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取k=2） 模數(shù)： 模數(shù)整化取 而為變位時(shí)，mm。 按預(yù)選，可得a-c傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù)： =0.40952 則中心距：mm 則取mm （3）計(jì)算a-c 傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)y和嚙合角 ， 則 （4）計(jì)算a-c傳動(dòng)的變位系數(shù)

33、 由公式： （式中：---漸開線函數(shù)，《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-1-13（漸開線函數(shù)得到相應(yīng)的漸開線函數(shù)值）） 《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-1-5a進(jìn)行校核： 在與線之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。 《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表第三版第三卷14-1-5c（分配變位系數(shù)）得： ， （5）計(jì)算c-b傳動(dòng)的中心距變動(dòng)系數(shù)及嚙合角 c-b傳動(dòng)未變位時(shí)的中心距： mm 則 （6）計(jì)算c-b傳動(dòng)變位系數(shù) （7）計(jì)算重合度 根據(jù)重合度計(jì)算公式 式中b--齒寬

34、 式中 ， 所以，總重合度 2.3.2 中間級(jí)參數(shù)的計(jì)算 首先，中間級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩：N.m 輸入轉(zhuǎn)速： 根據(jù)低速級(jí)計(jì)算步驟和參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定中間級(jí)齒輪參數(shù)。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取螺旋角，壓力角 ，則 （1）計(jì)算中間級(jí)齒輪齒數(shù) 取， ， 適當(dāng)調(diào)整。 （《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-5-7：NGW型行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)組合） 則得到： ， ，。 采用不等角變位，?。ㄕ{(diào)整C取整數(shù)） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)有，不等角變位公式： 《

35、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-5-2（變位傳動(dòng)的端面嚙合角）。 可得到預(yù)計(jì)嚙合角：，。 預(yù)選 （2）計(jì)算a-c傳動(dòng)的中心距與模數(shù) 在對(duì)a-c傳動(dòng)中，小輪（太陽輪）傳遞的扭矩： 選取太陽輪和行星輪材料用，滲碳淬火，齒面硬度HRC60~62（太陽輪）和HRC56~58（行星輪），選取，齒數(shù)比，齒寬系數(shù)（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）。 則：按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表14-1-60中的公式計(jì)算中心距： mm （式中k表示接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取k=2） 模數(shù)： 模數(shù)整化取 而為變位時(shí)，mm。

36、 按預(yù)選，可得傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù)： 則中心距：mm 則取mm 齒寬mm （3）計(jì)算a-c 傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)y和嚙合角 則 （4） 計(jì)算a-c傳動(dòng)的變位系數(shù) 根據(jù)公式 （式中：---漸開線函數(shù)，《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-1-13（漸開線函數(shù)得到相應(yīng)的漸開線函數(shù)值）） 《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-1-5a進(jìn)行校核： 在與線之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。 《查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表第三版第三卷14-1-5c（分配變位系數(shù)）得： ，

37、 （5）計(jì)算c-b傳動(dòng)的中心距變動(dòng)系數(shù)及嚙合角 c-b傳動(dòng)未變位時(shí)的中心距： mm 則 （6）計(jì)算c-b傳動(dòng)變位系數(shù) （7）計(jì)算重合度 根據(jù)重合度計(jì)算公式: 所以，總重合度 2.3.3 高速級(jí)參數(shù)計(jì)算 高速級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩：N.m 輸入轉(zhuǎn)速： 計(jì)算高速級(jí)齒輪參數(shù)： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取螺旋角，壓力角 ，則 （1）計(jì)算1-2傳動(dòng)中心距 mm （---許用接觸應(yīng)力，可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)14-1-21得到對(duì)應(yīng)值） 則取整數(shù)，得， 按照模

38、數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式： 模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化取 根據(jù)齒輪齒數(shù)計(jì)算公式， 計(jì)算得到：， 而傳動(dòng)比 則 故得到： （2）計(jì)算1-2 傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)y和嚙合角 ， 則 （3）計(jì)算1-2分配度的變位系數(shù) 由公式 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，分配變位系數(shù)：， （4）計(jì)算重合度： 根據(jù)重合度計(jì)算公式: 則 2.4 受力情況分析與強(qiáng)度校核 2.4.1 受力分析 行星齒輪傳動(dòng)的主要受力構(gòu)件有中心輪，行星輪，行星架，軸及軸承等。為進(jìn)行齒輪的強(qiáng)度計(jì)算，需要對(duì)行星輪以及太陽輪進(jìn)行受力分

39、析。當(dāng)行星輪數(shù)目為。，假定各套行星輪載荷均勻，只需分析其中任一套行星輪與中心輪的組合即可。通常略去摩擦力和重力的影響，各構(gòu)件在輸入轉(zhuǎn)矩的作用下傳力時(shí)都平衡，構(gòu)件問的作用力等于反作用力。 圖2-2 5.0MW齒輪箱中行星齒輪傳動(dòng)受力分析 行星架輸入功率為，太陽輪輸出功率為，增速傳動(dòng)比為，太陽輪節(jié)圓直徑為，根據(jù)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)受力分析公式，齒輪所受切向力，徑向力，軸向力分別為： （2.6） （2.7）

40、 （2.8） （2.9） 式中：——法面壓力角 ——分度圓螺旋角 ——主動(dòng)輪齒寬中點(diǎn)處直徑 ——主動(dòng)輪分度圓直徑 ——表示額定轉(zhuǎn)矩 按照上述公式計(jì)算低速級(jí)各個(gè)齒輪的受力情況： （1）低速級(jí)輸入級(jí)行星輪C： 分度圓螺旋角， 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力：

41、 徑向力 軸向力2* （2）低速級(jí)輸入級(jí)太陽輪b： 分度圓螺旋角， 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力： 徑向力 軸向力2* （3）中間級(jí)太陽輪b： 分度圓螺旋角， 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力： 徑向力 軸向力2* （4）中間級(jí)行星輪C： 分度圓螺旋角，

42、 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力： 徑向力 軸向力 （5）高速級(jí)大齒輪： 分度圓螺旋角， 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力： 徑向力 軸向力 （6）高速級(jí)大齒輪： 分度圓螺旋角， 法面壓力角 節(jié)圓直徑， 力矩 切向力： 徑向力 軸向力 2.4.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核 （1）低速級(jí)接

43、觸強(qiáng)度計(jì)算： 依據(jù)要求，按3倍額定功率計(jì)算靜強(qiáng)度。(其余嚙合齒輪副的計(jì)算步驟，結(jié)論與此相似。) 載荷： 式中: ——計(jì)算切向載荷，N； ——齒輪分度圓直徑，mm ——最大轉(zhuǎn)矩，N.m 修正載荷系數(shù)： 因已經(jīng)按最大載荷計(jì)算，取使用系數(shù)。 計(jì)算安全系數(shù) 式中：——靜強(qiáng)度最大齒面應(yīng)力， （接觸應(yīng)力） 式中：——小輪分度圓直徑； ——齒寬； ——齒數(shù)比； ——使用系數(shù)； ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)； ——壽

44、命系數(shù)； ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； ——彈性系數(shù)； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合系數(shù)； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)； （式中各數(shù)據(jù)通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第三卷表14-2-9（強(qiáng)度計(jì)算公式中個(gè)參數(shù)的確定方法）得到。） ① 使用系數(shù)查表 =1.3 ② 動(dòng)載荷系數(shù) 其中， （齒輪精度5級(jí)，查表得）； ③ 齒向載荷分布系數(shù) 太陽輪浮動(dòng)，對(duì)對(duì)稱支承，查表得： ④ 齒間載荷分布

45、系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 =1 ⑤ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) （其中） ⑥ 彈性系數(shù) ⑦ 重合度系數(shù) （其中，按算） ⑧ 螺旋角系數(shù) 其中按接觸應(yīng)力 =878.83 ⑨ 壽命系數(shù) ⑩ 工作硬化系數(shù) 而安全系數(shù) 代入上述值： 得到 故符合要求，具有高的可靠度。 （2）中間級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算 參照上述低速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算步驟和公式，得到中間級(jí)齒面計(jì)算接觸應(yīng)力各項(xiàng)系數(shù)如下表所示： 系數(shù) 值 1.3 1.025 1.13 1 2.252 189.8 0.8745 0.995 0.9

46、 1 代入以上系數(shù)，計(jì)算接觸應(yīng)力 按接觸應(yīng)力 =928.74 計(jì)算安全系數(shù) =1.438 故符合要求。 （3）高速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算 參照上述低速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算步驟和公式，得到高速級(jí)齒面計(jì)算接觸應(yīng)力各項(xiàng)系數(shù)如下表所示： 系數(shù) 值 1.3 1.06 1.383 1 2.33 189.8 0.7294 0.985 0.91 1 代入以上系數(shù)，計(jì)算接觸應(yīng)力 按接觸應(yīng)力 =961.76 計(jì)算安全系數(shù) =1.42 故符合要求。

47、 第3章 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核 在傳動(dòng)軸的初步設(shè)計(jì)過程中，由于傳動(dòng)軸支撐和其他零件的位置，作用載荷等需要設(shè)計(jì)確定。首先可根據(jù)主軸傳遞扭矩初定出最小軸徑，再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。 3.1 低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算與校核 3.1.1低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算 低速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5378.8kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度 。 因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式： 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響. 查

48、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑 軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖3-1 低速軸零件圖 由上圖的知，低速級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。 3.1.2低速級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。根據(jù)以上情況，可得低速級(jí)傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖： 圖3-2 低速軸受力圖 由上受力圖經(jīng)行軸的強(qiáng)度校核 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： mm 45鋼＝30～40 軸的強(qiáng)度滿足要求。 式中，

49、——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， ； ——軸所受的扭矩， ； ——軸的抗扭截面模量， ； ——軸的轉(zhuǎn)速， ； ——軸所傳遞的功率，Kw; ——軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； －取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 的系數(shù)，其值可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。 故滿足強(qiáng)度要求。 3.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3.2.1中間級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算 中間級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5271.2kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。 因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。

50、 根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式： 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑 軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖3-3 中間軸零件圖 由上圖的知，中間級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。 3.2.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。根據(jù)以上情況，經(jīng)行軸的強(qiáng)度校核。 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： mm 45鋼＝30～40 根據(jù)條件，按照強(qiáng)度校核公式

51、計(jì)算： 故滿足強(qiáng)度要求。 3.3 高速級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 高速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5060.2kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。 因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式： 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑 軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖3-4 高速軸零件圖 3.4輸出傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 高速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5000kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。

52、因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式： 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑 軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示 圖3-5 輸出軸零件圖 第四章 齒輪箱其他部件的設(shè)計(jì) 4.1軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸承蓋用以固定軸承，調(diào)整軸承間隙及承受軸向載荷，軸承蓋有嵌入式和凸緣式兩種。 嵌入式軸承蓋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為增強(qiáng)其密封性能，常與O形密封圈配合使用。由于調(diào)整軸承間隙時(shí)，需打開箱蓋，放置調(diào)整墊片，比較麻煩，故多用于不調(diào)整間隙的軸承

53、處。 凸緣式軸承蓋，調(diào)整軸承間隙比較方便，密封性能好，應(yīng)用較多。 凸緣式軸承蓋多用鑄鐵鑄造，應(yīng)使其具有良好的鑄造工藝性。對(duì)穿通式軸承蓋，由于安裝密封件要求軸承蓋與軸配合處有較大厚度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其厚度均勻。 當(dāng)軸承采用箱體內(nèi)的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，為了將傳動(dòng)件飛濺的油經(jīng)箱體剖分面上的油溝引入軸承，應(yīng)在軸承蓋上開槽，并將軸承蓋的端部直徑做小些，以保證油路暢通。 圖4-1 軸承端蓋簡(jiǎn)圖 4.2 行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 行星架是行星齒輪傳動(dòng)中的一個(gè)重要構(gòu)件，在行星輪系中起著承上啟下的作用，直接影響齒輪箱的壽命和齒輪箱的噪聲，一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的

54、行星架應(yīng)當(dāng)是外廓 尺寸小，質(zhì)量小，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，動(dòng)平衡性好，能保證行星輪間的載荷 分布均勻，而且應(yīng)具有良好的加工和裝配工藝。從而，可使行星齒輪傳動(dòng)具有較 大的承載能力，較好的傳動(dòng)平穩(wěn)性以及較小的振動(dòng)和噪聲，為此對(duì)行星架的制作 有以下要求： 1) 行星架的材料應(yīng)選用QT700，,其力學(xué)性能應(yīng)分別符合GB/T1348-2009，BG/T3077-1999，JB/T6402-2008的規(guī)定，也可使用其他具有等效力學(xué)性能的材料。 2) 行星輪孔系與行星架回轉(zhuǎn)軸線的位置度應(yīng)符合GB/T1184-1996的5級(jí)精度的規(guī)定。 3) 行星架精加工后應(yīng)進(jìn)行靜平衡。

55、 4) 行星架若才贏焊接結(jié)構(gòu)，則應(yīng)對(duì)其焊縫進(jìn)行超聲波探傷，并應(yīng)符合GB/T11345-1989的要求。 4.3 傳動(dòng)齒輪箱箱體設(shè)計(jì) 箱體是傳動(dòng)齒輪箱的重要零件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力。箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證質(zhì)量。箱體的設(shè)計(jì)應(yīng)該按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的布局，加工和裝配，檢查以及維護(hù)等要求來進(jìn)行。應(yīng)該注意軸承支撐和機(jī)座支承的不同方向的反力及其相對(duì)值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增加必要的加強(qiáng)筋。同時(shí)加強(qiáng)筋的位置必須與引起箱體變形的作用力方向一致。對(duì)于傳動(dòng)齒輪箱箱體材料選擇，采用鑄鐵箱體可以發(fā)揮其減震性，易于切削加工等特點(diǎn)，適于批量生產(chǎn)。常

56、用的材料有球墨鑄鐵和其他的高強(qiáng)度鑄鐵和其他高強(qiáng)度鑄鐵。設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)該避免壁厚突變，減小厚壁差，以免產(chǎn)生縮孔和縮松等缺陷。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單件小批量生產(chǎn)時(shí)，多采用的是焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減少機(jī)械加工過程中和使用中的變形，為防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)該進(jìn)行退火，時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。為了方便裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應(yīng)該設(shè)有觀察窗。機(jī)座一旁設(shè)有連體吊鉤，供起吊整臺(tái)齒輪箱。 4.4齒輪箱的密封、潤(rùn)滑、冷卻 4.4.1 齒輪箱的密封 齒輪箱軸伸部位的密封一方面應(yīng)能防止?jié)櫥屯庑梗瑫r(shí)也能防止雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)。常用的密封分為非接觸式密封和接觸式密封兩種。

57、 1.非接觸式密封。非接觸式密封不會(huì)產(chǎn)生磨損，使用時(shí)間長(zhǎng)。軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡(jiǎn)單的密封。間隙大小取決于軸的徑向跳動(dòng)大小和端蓋孔相對(duì)于軸承孔的不同軸度。在端蓋孔或軸頸上加工出一些溝槽，一般是2~4個(gè)，形成所謂的迷宮，溝槽底部開有回油槽，使外泄的油液遇到溝槽改變方向輸回箱體中。也可以在密封的內(nèi)側(cè)設(shè)置甩油盤，阻擋飛濺的油液，增強(qiáng)密封效果。 2. 接觸式密封。接觸式密封使用的密封可靠，耐久，摩擦阻力小。容易制造和裝拆，應(yīng)能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。常用的旋轉(zhuǎn)用唇形密封有多種方式，可按標(biāo)準(zhǔn)選取。密封部位軸的表面粗糙度R=0.2-0.63.與密封圈接觸

58、的軸表面不允許有螺旋形機(jī)加工痕跡。軸端應(yīng)有小于30的導(dǎo)入角，倒角上不應(yīng)有銳邊，毛刺和粗糙的機(jī)加工殘留。 本次設(shè)計(jì)采用了以上的第二種密封方式。 4.4.2 齒輪箱的潤(rùn)滑、冷卻 齒輪箱的潤(rùn)滑十分重要，良好的潤(rùn)滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用。為此，必須高度重視齒輪的潤(rùn)滑問題，嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤(rùn)滑系統(tǒng)長(zhǎng)期處于最佳狀態(tài)。齒輪箱常用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑，一般以強(qiáng)制潤(rùn)滑為多見。因此，配備可靠的潤(rùn)滑系統(tǒng)尤為重要。在機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)中，齒輪泵從油箱將油液經(jīng)過濾油器輸送到齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)，對(duì)齒輪箱的齒輪和傳動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑，管道上裝有各種監(jiān)控裝置，確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)出現(xiàn)漏油。保持油液的清潔作業(yè)十分重

59、要，即使是第一次使用新油，也要經(jīng)過過濾，系統(tǒng)中除了主濾油器之外，最好加裝旁路濾油器輔助濾油器，以確保油液的潔凈。對(duì)潤(rùn)滑油的要求應(yīng)考慮能夠起齒輪和軸承的保護(hù)作用。此外好應(yīng)具備以下性能： 1.減少摩擦和磨損，具有高強(qiáng)的承載能力，防止膠合； 2.吸收沖擊和振動(dòng)； 3.防止疲勞點(diǎn)蝕； 4.冷卻，防銹，抗腐性。 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪動(dòng)類型，其主要的失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤(rùn)滑油時(shí)，重點(diǎn)是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強(qiáng)度。潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的散熱器常用風(fēng)冷式的，有系統(tǒng)中的溫度傳感器控制，在必要時(shí)通過電控旁閥自動(dòng)打開冷卻回路，使油液先流經(jīng)散熱器散熱，再進(jìn)入齒輪箱。 齒輪和軸承軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過程

60、中他們實(shí)際都是非直接接觸的，這中間是靠潤(rùn)滑 油建成油膜，使其形成非接觸性的滾動(dòng)和滑動(dòng)，這是油起到了潤(rùn)滑的作用。雖然 他們是非接觸的滾動(dòng)和滑動(dòng)，但由于加工精度等原因使其轉(zhuǎn)動(dòng)中有相對(duì)的滾動(dòng)摩 擦和滑動(dòng)摩擦，這都會(huì)產(chǎn)生一定的熱。如果這些熱量在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中沒有消除， 勢(shì)必會(huì)越積越多，最后導(dǎo)致高溫?zé)龤X輪和軸承，因此齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中 必須用潤(rùn)滑油來進(jìn)行冷卻。所以潤(rùn)滑油一方面其潤(rùn)滑作用，另一方面起冷卻的作 用。 對(duì)于齒輪箱，對(duì)于所有齒輪和軸承，我們都要采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，原因有： 1) 強(qiáng)制潤(rùn)滑可以進(jìn)行監(jiān)控，而飛濺潤(rùn)滑是監(jiān)控不了的，從安全性考慮，采用強(qiáng)制潤(rùn)滑。 2) 現(xiàn)在風(fēng)

61、機(jī)齒輪箱功率越來越大，其功率損耗也越來越大因此飛濺潤(rùn)滑已經(jīng)滿足不了冷卻的作用這是需要進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑的。 4.5齒輪箱的使用安裝 齒輪箱的主動(dòng)軸與葉片輪的連接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)結(jié)時(shí)，應(yīng)采用合適的聯(lián)軸器，最好的彈性聯(lián)軸器，并串接起來保護(hù)作用的安全裝置，齒輪箱軸線上和與之相連的部件的軸線應(yīng)保證同心，其誤差不得大于所選用的聯(lián)軸器的齒輪箱的允許值，齒輪箱體上也不允許承受附加的扭轉(zhuǎn)力。齒輪箱安裝后用人工搬動(dòng)應(yīng)靈活，無卡滯現(xiàn)象。打開觀察窗蓋檢查箱體內(nèi)部機(jī)件應(yīng)無銹蝕現(xiàn)象。 用涂色法檢驗(yàn)，齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求。

62、 第五章 結(jié)論 本文針對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，所做的主要工作和結(jié)論如下： 1.對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電齒輪箱傳動(dòng)方案的確定，在綜合行星傳動(dòng)與平行軸傳動(dòng)對(duì)比以及一級(jí)行星齒輪帶動(dòng)兩級(jí)圓柱齒輪與兩級(jí)行星齒輪帶動(dòng)一級(jí)圓柱齒輪的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選用兩級(jí)行星派生型傳動(dòng)方案。在兩級(jí)行星傳動(dòng)中，采用簡(jiǎn)單易行的太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)。依據(jù)風(fēng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)與要求，計(jì)算確定了齒輪箱各級(jí)齒輪參數(shù)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)齒面接觸齒根彎曲進(jìn)行了靜強(qiáng)度校核，結(jié)果符合安全要求。 2.對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)各部件進(jìn)行CAD畫圖；從增速箱整體考慮，對(duì)其內(nèi)部穩(wěn)定性，潤(rùn)滑等方面進(jìn)行分析，對(duì)增速箱內(nèi)軸承的選取，潤(rùn)滑方案的

63、設(shè)計(jì)等進(jìn)行完善。由于本人水平，時(shí)間和條件的限制，上述研究尚有不完善之處，還有不少工作尚待進(jìn)一步研究，主要有： 1)對(duì)風(fēng)電齒輪箱變載荷的處理中，疲勞損傷理論的完善是比較重要而緊迫的問題，而目前的損傷理論并不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，需要對(duì)積累疲勞損傷理論做進(jìn)一步的研究。 2)大型風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)的在線檢測(cè)及故障診斷技術(shù)的研究。我國(guó)大型風(fēng)電機(jī)組缺乏對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和故障的詳細(xì)記錄和分析，對(duì)軸承在運(yùn)行過程中的溫度，潤(rùn)滑劑污染狀況等因素的影響考慮仍不夠完善，應(yīng)進(jìn)一步通過檢測(cè)，試驗(yàn)來準(zhǔn)確評(píng)估其對(duì)軸承壽命的影響。 3)針對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組的高可靠性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究大型風(fēng)電機(jī)組的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高

64、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行壽命，降低成本的重要手段，而我國(guó)對(duì)于大型風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)地可靠性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)研究方面做的很少，需要對(duì)此做進(jìn)一步的研究。 最后，設(shè)計(jì)接近尾聲，只能說，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中自己真的經(jīng)歷了很多，也學(xué)會(huì)了很多。無論是在知識(shí)和技能上，還是在人品和素質(zhì)上都是一個(gè)跨階段性的提高。這是一個(gè)機(jī)會(huì)，也將是一個(gè)美好的回憶。機(jī)會(huì)難得，所以我們要好好珍惜。用這么好的機(jī)會(huì)去學(xué)會(huì)更多的東西。 參考文獻(xiàn) [1] 潘存云. 機(jī)械原理[M]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社， 2011. [2] 林景堯. 風(fēng)能設(shè)備使用手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992. [3] 芮曉明.

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