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附錄
多級(jí)變速箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)傳動(dòng)部件的建模
教授博士博?伊達(dá)爾ROSI?，DR亞歷山大馬林科維奇,vencl先生
摘要: 利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，能夠確定最佳的齒輪傳動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系，以及各傳輸階段區(qū)別。本文提出了齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化程序一一標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)τ诿總€(gè)傳輸階段。本文的第二部分是集中在圓柱齒輪，常用的機(jī)械零件，齒輪傳動(dòng)的主要零件。這些模型是用零件裝配設(shè)計(jì)在CATIA軟件模塊v5r11。在有限元分析模型研究someapplications完成了優(yōu)化。
關(guān)鍵字：優(yōu)化設(shè)計(jì)，常用的機(jī)械零件，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，齒輪建模，CATIA
1.簡(jiǎn)介
從優(yōu)化與決策理論的概念可以知道所有階段的設(shè)計(jì)中的重要作用過(guò)程。優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用方法將展示出一個(gè)多級(jí)變速箱的例子。變速箱是機(jī)器的一個(gè)重要組成成員，廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，它必須滿足非常嚴(yán)格的技術(shù)要求，可靠性，效率，精密制造的齒輪，軸承等。精密的測(cè)試制造齒輪、軸承等該領(lǐng)域的最新成果技術(shù)已應(yīng)用于制造過(guò)程。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，與相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序（AutoCAD，Solid Works，CATIA，等），有很多專家發(fā)現(xiàn)在高技術(shù)水平的地方減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展很快。因此，可以說(shuō)，目前，變速箱的設(shè)計(jì)不再是一個(gè)“日常工作”，大多數(shù)情況下，基于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。
本文演示應(yīng)用非線性多目標(biāo)優(yōu)化方法，專家以當(dāng)一個(gè)模塊在變速箱設(shè)計(jì)系統(tǒng)為目的建立這樣一個(gè)強(qiáng)大的方法。簡(jiǎn)介一些標(biāo)準(zhǔn)，考慮到的理想性能，結(jié)合高質(zhì)量齒輪箱部件模型對(duì)一個(gè)火車齒輪模型實(shí)現(xiàn)一個(gè)重要步驟。
2.變速箱分解
變速箱復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)可以分解成相應(yīng)的交互齒輪數(shù)。這意味著對(duì)于多級(jí)變速箱的程序優(yōu)化也可以通過(guò)相應(yīng)數(shù)量進(jìn)行的階段。在第一個(gè)優(yōu)化階段，特點(diǎn)是比較小的變量數(shù)，每箱傳動(dòng)比的分配的階段是在定義的條件該齒輪體積最小。在第二階段，
多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的求解通過(guò)引入更多的標(biāo)準(zhǔn)，表示變速箱的基本性能。因此，必須滿足以下幾個(gè)方面的限制：負(fù)荷分布，應(yīng)力，運(yùn)動(dòng)學(xué)正確的共軛齒輪。
多級(jí)變速箱的目標(biāo)函數(shù)表示該齒輪組的體積，可以寫在表格下面的關(guān)系[ 1 ]：
f(x) = 0.25πd13jI((1+uI2)+jIId32/d12jI(1+uII2)+...) (1)
注釋：Ul，UII–特定的傳動(dòng)比多級(jí)齒輪傳動(dòng)的階段；D1，D3–直徑，主動(dòng)齒輪；J?=?B?/?D1主動(dòng)的齒輪直徑寬度比驅(qū)動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)圈。
對(duì)目標(biāo)函數(shù)的聲明，它也是必要的從功能限制的角度定義的第一階段齒輪的表面強(qiáng)度，這可以寫在下面的表格：
G（x）=Z·[(2·K·T1)/d13] ·(U1+1)/U1≤[SH]1/SH (2)
而且，從強(qiáng)度角度量：
g``(x)=K·Y·(2T1)/(Ψ1·d12·m1) ≤[Φf]1/SF (3)
在完全類似的情況下，功能限制從傳輸階段的表面的體積力確定了變速箱。
從開始的對(duì)變速器傳動(dòng)比的技術(shù)要求，它也要確定在功能上的限制方程形式：
h1(x)=u-u1·u2·u3·…·u(n)=0 (4)
根據(jù)確定的目標(biāo)函數(shù)和的限制，可以注意到這個(gè)問(wèn)題屬于非線性優(yōu)化領(lǐng)域的不等式形式的限制。為解決這個(gè)問(wèn)題的方案，計(jì)算機(jī)程序SUMT法，基于混合罰函數(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用。圖1顯示結(jié)果的圖形表示計(jì)算機(jī)程序SUMT。基于截面相應(yīng)的功能的域?qū)τ诙嗉?jí)最佳傳動(dòng)比變速箱是通過(guò)以下方式定義：
圖1：輪系總傳動(dòng)比和體積之間的關(guān)系
完成此分析分解變速箱，這是增加了一個(gè)對(duì)的形式的限制不等式，基于應(yīng)力的限制：
-I級(jí)齒輪齒應(yīng)力
-II級(jí)齒輪齒應(yīng)力
基于齒輪應(yīng)力關(guān)系價(jià)值的齒輪模塊法：--對(duì)接觸應(yīng)力
對(duì)彎曲應(yīng)力
圖2顯示的圖形解釋的關(guān)系（7）和（8）的齒數(shù)Z1功能。上兩個(gè)在圖2線路提出了齒輪模數(shù)值并對(duì)接觸應(yīng)力和較低的值的齒根應(yīng)力的測(cè)定。線和在圖2中可容空間。表明，接觸應(yīng)力與齒輪模數(shù)的關(guān)系（7）優(yōu)先，是用于齒輪的尺寸測(cè)定。
齒數(shù)Z1
圖2：模數(shù)值與齒數(shù)圖
3.齒輪建模
齒輪在今天是非常重要的機(jī)械零件，普遍使用在不同類型的變速箱和傳動(dòng)裝置。特別是圓柱形的齒輪是最適用的，具有很高的傳動(dòng)效率和簡(jiǎn)單的生產(chǎn)。圓柱齒輪建模是非常重要的設(shè)計(jì)過(guò)程，為使齒輪箱實(shí)際模型，如齒輪和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析優(yōu)化。去年，這個(gè)過(guò)程可以很快速定性使用新的軟件工具，如CATIA。這個(gè)軟件是很復(fù)雜的，但一些主要模塊部分的設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)中采用圓柱齒輪建模。主要問(wèn)題是任何齒輪建模是定義一個(gè)真正的齒之后，將其導(dǎo)入到齒輪體的制備。圓柱形的齒輪建模包括幾個(gè)階段，取決于齒輪體及其生產(chǎn)方式：齒輪建模過(guò)程的第一階段是定義漸開線齒輪齒廓。第二階段，在切割或擠壓齒輪箱體，部分是利用CATIA模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)。第三階段，只有在焊接方法齒輪本體，是將所有部件使用組件設(shè)計(jì)模塊。所有這些階段包括多種經(jīng)營(yíng)它將分別描述在后續(xù)的章節(jié)。每一章的主要內(nèi)容為一般建模，使用一些具有特殊的操作CATIA軟件在齒輪建模與實(shí)例不同的圓柱齒輪建模。
內(nèi)齒輪齒廓曲線有一節(jié)四個(gè)不同的線和外部環(huán)境分析，明確了齒輪的完整輪廓。所以有漸開線齒廓圓弧，圓弧形腳，齒頂圓弧擺線弧作為連接[ 4 ]。在分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對(duì)輪廓定義是定義一個(gè)很大的限制設(shè)置和約束方程的參數(shù)輪廓圓弧角。經(jīng)過(guò)矩陣變換接觸線嚙合矩陣參數(shù)方程齒輪的齒廓曲線可以確定。基于此解析運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)程序來(lái)定義齒輪廓[ 5 ]點(diǎn)。
齒輪建模是非常有用的，使現(xiàn)實(shí)的齒輪傳動(dòng)的仿真，所以有很多其他的分析。不同的軟件工具在今天使用的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械零件的造型，如ACAD，機(jī)械工程師和最后的桌面，親年工程制圖，CATIA等，但可以看出齒輪建模（特別是內(nèi)齒輪）與真實(shí)分布比較復(fù)雜的建模所有其他的機(jī)械元件。這里將介紹圓柱齒輪建模使用CATIA的可能性v5r11軟件。取決于生產(chǎn)方式和齒輪體形式可以使用設(shè)計(jì)模塊或部分CATIA軟件組件設(shè)計(jì)。
對(duì)于簡(jiǎn)單的圓柱齒輪設(shè)計(jì)（平）第一步是定義正確的草圖，在漸開線齒形坐標(biāo)（從第一階段）應(yīng)進(jìn)口。后設(shè)計(jì)師可以將基于草圖的特征（創(chuàng)建墊），把切齒輪模型是在圖3所示。
圖3：圓柱齒輪的簡(jiǎn)單模型
向前一步是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)齒輪體，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)skatch使建模圖，或是生產(chǎn)過(guò)程的模擬。在圖4給出了一種齒輪模型也采用skatch很少基于草圖的，打扮和轉(zhuǎn)化特征。介紹了齒輪使用中常見的，他們有一個(gè)外部的漸開線齒廓。但在某些情況下，如行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，有必要做一個(gè)模型內(nèi)部的異形齒輪。為此，設(shè)計(jì)師必須計(jì)算漸開線齒廓坐標(biāo)的新表，由使用外部齒輪作為一種工具，使內(nèi)部輪廓。正確的素描和其他特征，其他圓柱齒輪建模已被使用。
圖4：圓柱齒輪模型制造
裝配設(shè)計(jì)是另一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，這是在完成所有零件和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在部分或形狀建模元素的模塊設(shè)計(jì)。此外，它是可能的插入新的在現(xiàn)有的組件和身體也做布爾操作之間的身體如果它是必要的。這些之間的布爾運(yùn)算體組裝體，相交體，等。
使用裝配設(shè)計(jì)的最佳樣本圓柱齒輪的焊接數(shù)量的分離元素。這意味著這種類型的齒輪組成以許多元素為藍(lán)本，零件設(shè)計(jì)的主要部件為漸開線齒形，外板焊接中央筒板和兩側(cè)兩圈六加強(qiáng)筋（圖5）。
圖5：焊接的圓柱齒輪
齒輪建模是非常重要的因?yàn)樵S多應(yīng)用程序可以做：完成組裝后可以做運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，使用另一個(gè)CATIA模塊單元。內(nèi)外齒輪的模型可用于解決很多機(jī)械工程的問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)分析，相應(yīng)的齒輪之間接觸壓力和許多其他分析[ 8 ]。一個(gè)典型的這可能是以下結(jié)構(gòu)為例采用有限元法進(jìn)行分析，其中圖6顯示了齒輪模型77633這使得18965節(jié)點(diǎn)四面體。
圖7：在有限元網(wǎng)形齒輪模型
應(yīng)力值（圖7）是在高負(fù)荷的齒輪重要的建設(shè)性的觀點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程和程序也非常有用。
圖7：利用應(yīng)力值加載齒輪模型計(jì)算及其結(jié)構(gòu)分析
4.結(jié)論
本文是一個(gè)簡(jiǎn)短的說(shuō)明，更廣泛的研究與建設(shè)強(qiáng)大的多目標(biāo)優(yōu)化方法引入變速箱設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。指出了分解的多級(jí)變速箱復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的必要性。在此過(guò)程中，變速箱優(yōu)化程序也通過(guò)了相應(yīng)數(shù)量的階段。在這第一次的優(yōu)化階段，實(shí)際的域應(yīng)用齒輪箱的定義，然而，在第二階段，多目標(biāo)優(yōu)化解決了問(wèn)題。
從這里介紹建模部分，可以說(shuō)，它只提出一個(gè)簡(jiǎn)短的圓柱齒輪在CATIA的可能性模型軟件。除了建模部分介紹和裝配設(shè)計(jì)模塊，在本文結(jié)束添加CATIA強(qiáng)大的今天可能的最完整的設(shè)計(jì)軟件在工程設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用范圍。
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
學(xué)號(hào)： 2010963015 姓名： 李超眾 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 彭銳濤 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)。它主要有兩個(gè)功能：一是使風(fēng)輪跟蹤變
化穩(wěn)定的風(fēng)向；二是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于偏航作用，機(jī)艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時(shí)，自
動(dòng)解纜。偏航系統(tǒng)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，風(fēng)向儀將采集的信號(hào)傳送給機(jī)艙柜的PLC的I/O 板，計(jì)算10分鐘平均風(fēng)向，與偏航角度絕對(duì)值編碼器比較，輸出指令驅(qū)動(dòng)四臺(tái)偏航電機(jī)(帶失電制動(dòng))，將機(jī)頭朝正對(duì)的風(fēng)向調(diào)整，并記錄當(dāng)前調(diào)整的角度，調(diào)整完畢電機(jī)停轉(zhuǎn)并啟動(dòng)偏航制動(dòng)。
主要內(nèi)容：
1. 了解大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理；
2. 熟悉風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu);
3. 基于三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks 完成減速箱偏航齒輪及軸承的設(shè)計(jì)，并運(yùn)用
SolidWorks/motion模塊對(duì)包含這些零部件的偏航系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。
基本要求：
字?jǐn)?shù)要求：8000字以上 圖紙?jiān)趦蓮圓0以上。
二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題
該設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)行星輪減速器；對(duì)內(nèi)部零部件如行星輪、太陽(yáng)輪、軸、內(nèi)齒圈等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并對(duì)軸承鍵等進(jìn)行安全校核。運(yùn)用SolidWorks對(duì)其進(jìn)行三維造型并運(yùn)用三維造型對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
資料收集
3.11
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題
3.11~3.17
3
方案確定
3.22
4
設(shè)計(jì)計(jì)算
4.15
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
4.15~4.22
6
三維建模及動(dòng)力學(xué)仿真
5.5
7
完善設(shè)計(jì)、翻譯及論文撰寫
5.25
8
畢業(yè)答辯
5.25~6.2
4、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1].程乃士主編.減速器和變速器設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.
[2].廖念釗，古瑩蓭，莫雨松等主編.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007.
[3].濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
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[5].成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
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[10].CAD\CAM\CAE技術(shù)聯(lián)盟主編.SolidWorks 2012中文版從入門到精通[M].北京：
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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué)號(hào) 2010963015 姓名 李超眾 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
該設(shè)計(jì)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo)，題目有一定難度，
工作量大。選題具有一定的研究意義。
該生查閱資料能力強(qiáng)，能夠全面收集關(guān)于制缽機(jī)的資料。具備了一定
的專業(yè)理論的綜合運(yùn)用能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題
和解決問(wèn)題，能夠很好地運(yùn)用AUTO-CAD繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖，
所繪制的裝配圖與零件圖錯(cuò)誤較少，基本達(dá)到工程圖的要求。說(shuō)明書內(nèi)容
完整，格式正確。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作體現(xiàn)了學(xué)科教學(xué)計(jì)劃的基本要求，所
完成的工作達(dá)到了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。
評(píng)閱人：
2014年5月 30 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
題 目： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963015
姓 名： 李超眾
指導(dǎo)教師： 彭銳濤
完成日期： 2014.5.25
目 錄
[摘要] 1
[Abstract] 1
第1章 引 言 2
1.1 風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介 2
1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3偏航減速器簡(jiǎn)介 2
1.4課題意義 4
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 技術(shù)要求 5
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3 總體方案設(shè)計(jì) 6
第3章 行星輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.1 方案設(shè)計(jì) 8
3.2 傳動(dòng)比分配 8
3.3 第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 9
3.3.1 配齒數(shù) 9
3.3.2初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 9
3.3.3幾何尺寸計(jì)算 10
3.3.4齒面疲勞強(qiáng)度校核 11
3.3.5 第一級(jí)行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算 13
3.3.6第一級(jí)花鍵強(qiáng)度計(jì)算 13
3.3.7 第一級(jí)軸承校核 14
3.4 第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 16
3.4.1 配齒數(shù) 16
3.4.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 16
3.4.3 幾何尺寸計(jì)算 17
3.4.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核 17
3.4.5第二級(jí)行星輪軸計(jì)算 20
3.4.6第二級(jí)輸出端花鍵副 20
3.4.7第二級(jí)軸承校核 20
3.5 第三級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 21
3.5.1 配齒數(shù) 21
3.5.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 22
3.5.3幾何尺寸計(jì)算 23
3.5.4齒面疲勞強(qiáng)度校核 23
3.5.5 第三級(jí)行星輪軸計(jì)算 25
3.5.6 第三級(jí)輸出端花鍵副 26
3.5.7第三級(jí)軸承校核 26
3.6 第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 27
3.6.1 配齒數(shù) 27
3.6.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 27
3.6.3 幾何尺寸計(jì)算 28
3.6.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核 29
3.6.5第四級(jí)行星輪軸計(jì)算 31
3.6.6第四級(jí)輸出端花鍵副 31
3.6.7第四級(jí)軸承校核 32
3.7電動(dòng)機(jī)輸入處深溝球軸承校核 33
第4章 三維模型 34
4.1輸入軸部裝爆炸視圖 34
4.2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖 34
4.3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖 35
4.4第三級(jí)行星架部裝爆炸視圖 35
4.5第四級(jí)行星架部裝爆炸視圖 36
4.6下箱體部裝爆炸視圖 36
4.7偏航行星減速器總裝爆炸視圖 37
第5章 致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
[摘要]本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，完成了所有的數(shù)據(jù)，并繪制出了圖紙。本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航減速器的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了闡述。
在本文中，首先介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展和構(gòu)成，其次介紹了偏航減速器在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的作用以及它的發(fā)展情況。然后根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了整體方案。確定整體方案后，對(duì)偏航減速器的所有零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，其中主要包括齒輪的設(shè)計(jì)和校核，行星輪軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，花鍵的選定，軸承的選定和壽命計(jì)算。還設(shè)計(jì)了偏航減速器的其他零部件和箱體，最后完成了所有的設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)、偏航減速器、齒輪、花鍵、軸、軸承
The design and analysis of the yaw speed reducer wind turbine
[Abstract]The task of this graduation project is the design of yaw speed reducer wind turbine. After the design calculations and check calculations, I completed all of the data, and draw out the engineering drawings. The article described the design process .
In this article, I described the development and composition of the wind turbine first.And then,I introduced the function of the yaw speed reducer in the wind turbine as well as its development. Then, according to the design tasks and technical requirements,I designed the overall program. After determining the overall program, I finished the design calculations and check calculations of all parts of the yaw gear. Which mainly include the design and verification of the gear，The design and strength calculations of the planetary axle, The selection of the spline,The selection and life spanning of the bearings.Also designed the other pares and the box of the yaw gear,Finally completed all the design calculations.
Keys:Wind turbine,Yaw speed reducer,Gear,Spline,Axis,Bearing
第1章 引 言
1.1 風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、支撐發(fā)電機(jī)組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、并網(wǎng)控制器、蓄電池組等組成。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。
風(fēng)力發(fā)電具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一、風(fēng)能發(fā)電對(duì)于環(huán)保貢獻(xiàn)巨大。二、風(fēng)力發(fā)電在世界范圍發(fā)展迅速。我國(guó)的風(fēng)力資源相當(dāng)豐富，居世界首位，因此發(fā)展?jié)摿κ志薮?。目前開發(fā)還很不足，主要在內(nèi)蒙、和沿海一些地區(qū)，但是還沒(méi)有形成真正的規(guī)模，有待于進(jìn)一步的開發(fā)和探索。
1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)已經(jīng)到了一定的成熟階段。國(guó)外風(fēng)電發(fā)展速度非?？?，裝機(jī)容量以每年30％的速度增長(zhǎng)。就目前情況看，歐洲的風(fēng)力發(fā)電機(jī)研發(fā)水平最高，其中以德國(guó)與丹麥發(fā)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)最為積極。亞洲的風(fēng)電事業(yè)也蓬勃興起，到2002年初，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2220MW占世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康?.1%。其中印度發(fā)展最為迅速，風(fēng)力發(fā)電是一種比較清潔的發(fā)電體系，我國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約10億kW，其中，陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量約2.53億kW，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億kW。風(fēng)是沒(méi)有公害的能源之一，而且它取之不盡，用之不竭。但是，風(fēng)力發(fā)電要求的技術(shù)含量較高，成本高，對(duì)風(fēng)裝置用不長(zhǎng)久。其中，風(fēng)力發(fā)電對(duì)風(fēng)裝置的研制還處在初期階段。風(fēng)力發(fā)電作為未來(lái)可取代傳統(tǒng)能源的“綠色能源”之一，其發(fā)展的速度在諸如太陽(yáng)能、生物質(zhì)能和潮汐能等可再生能源中是最具有市場(chǎng)化規(guī)模及前景的。雖然我國(guó)的風(fēng)電事業(yè)起步比較晚，但在國(guó)家政策大力支持下，過(guò)去10年的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量年均增長(zhǎng)速度達(dá)到了55%以上，前景很好。
1.3偏航減速器簡(jiǎn)介
世界各國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了有一臺(tái)將螺旋槳的低速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檫m合發(fā)電的高速轉(zhuǎn)動(dòng)的增速機(jī)之外，還有4至6臺(tái)偏航減速機(jī)，在風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。作為風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要功能就是捕捉風(fēng)向，控制機(jī)艙平穩(wěn)、精確、可靠的對(duì)風(fēng)。因此，偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得十分重要。
偏航減速器中包括3—6級(jí)行星齒輪減速裝置，電機(jī)輸入軸以及輸出軸和輸出齒輪等部件。在高速重載的情況下通過(guò)行星齒輪減速來(lái)達(dá)到速度要求和扭矩要求。
偏航減速機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的主要裝置,它的研究和開發(fā)是風(fēng)電技術(shù)的核心之一，目前主流的偏航減速機(jī)器正向輕型、高效、高可靠性方向發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電偏航減速機(jī)工作在高空環(huán)境;偏航減速機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配套部件一起組裝，目前國(guó)內(nèi)750kw增速的偏航減速機(jī)安裝高度在40一50m，850kw增速的偏航減速機(jī)在60一70m，1.5MW增速的偏航減速機(jī)在80一100m，國(guó)際上3MW增速的偏航減速機(jī)安裝高度在120一140m。功率增加，偏航減速機(jī)安裝高度顯著增加，與減速機(jī)功率增加相對(duì)應(yīng)的還有減速機(jī)重量的增加，增速器功率提高，會(huì)引發(fā)增速器安裝高度，增速器重量相應(yīng)一并提高，極大地增加了安裝和以后維護(hù)的費(fèi)用，而增速機(jī)的安裝高度與葉片的長(zhǎng)度以及風(fēng)能利用有關(guān)，一旦確定很難改變，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備體積龐大，裝拆非常不便，因此需要在設(shè)計(jì)階段通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速機(jī)的輕量化。
由于風(fēng)向的不停變化，獲得最大的風(fēng)能利用率，偏航系統(tǒng)也需要不停的根據(jù)風(fēng)向的
變化調(diào)整對(duì)風(fēng)。由于風(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(wú)規(guī)律的變向變負(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，作為偏航系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部件的偏航減速機(jī)其工作條件相對(duì)比較惡劣。故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。另外由于風(fēng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部預(yù)留空間的限制，使得偏航減速機(jī)的安裝空間也很有限，因此要求在滿足載荷的條件下，實(shí)現(xiàn)偏航減速機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕量、小體積等。對(duì)整個(gè)設(shè)備的安裝維護(hù)都會(huì)帶來(lái)很大的方便。因此可以看基于重量和強(qiáng)度的偏航行星減速機(jī)行星傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于偏航減速機(jī)來(lái)說(shuō)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
偏航減速機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航控制系統(tǒng)中，用來(lái)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)向以便獲得最大的風(fēng)力來(lái)源，偏航減速機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中必不可少的裝置之一，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電量大小具有極其重要的作用。偏航系統(tǒng)一般都是通過(guò)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)偏航減速機(jī)來(lái)調(diào)整機(jī)頭的轉(zhuǎn)向。因此偏航減速機(jī)需要有大速比的減速，針對(duì)大速比減速的要求和體積限制目前主流的偏航減速機(jī)都采用行星齒輪傳動(dòng)的形式。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，對(duì)于行星傳動(dòng)，由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個(gè)行星輪來(lái)共同分擔(dān)載荷，故使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小，所以可采用較小的模數(shù)，此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，而承載能力卻很大。也就是說(shuō)，行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和動(dòng)軸線的運(yùn)行特性，而且各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)，加之合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合，因此其結(jié)構(gòu)非常緊湊，一般來(lái)說(shuō)，在相同載荷下行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和重量約為普通齒輪傳動(dòng)的1/2一1/6，傳動(dòng)效率高，由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用，在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)，結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其傳動(dòng)效率可達(dá)97%一99%；（3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡，同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。
1.4課題意義
世界經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展和激烈的競(jìng)爭(zhēng)，新能源發(fā)電尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨受到世界各國(guó)的普遍重視。目前全世界風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到490萬(wàn)千瓦，而且還在以年均60％的速度增長(zhǎng)，反映了當(dāng)今國(guó)際電力發(fā)展的一個(gè)新動(dòng)向。我國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，又有國(guó)外成熟的技術(shù)可以借鑒，大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的條件已經(jīng)具備，應(yīng)該積極發(fā)展。我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電對(duì)風(fēng)裝置的廠家很少，其中重慶齒輪廠在這方面的研究最為突出。主要是因?yàn)檫@種減速裝置需要承受特別大的載荷，所以要求各個(gè)零部件的可靠性高。它的工作環(huán)境非常惡劣，一般是安裝在沙丘和海邊，工作溫度為-20℃—50℃。而且，偏航減速器的安裝位置很高，一般安裝在塔臺(tái)上，所以維修及其困難，所以，一般要求偏航減速器的工作壽命達(dá)到20年。因此，偏航減速器的可靠性是各個(gè)研究所和生產(chǎn)廠家重點(diǎn)研究的內(nèi)容。
目前，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備主要依賴進(jìn)口，在己建成的1864臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中80%的設(shè)備是進(jìn)口的，由于設(shè)備價(jià)格高昂導(dǎo)致中國(guó)的風(fēng)電項(xiàng)目成本居高不下，給風(fēng)電產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重影響，另外，進(jìn)口設(shè)備在中國(guó)氣候條件下的不適應(yīng)及大量損壞部件得不到及時(shí)更換等問(wèn)題更阻礙了中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,因此開展風(fēng)電關(guān)鍵部件的研究對(duì)于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，由于國(guó)家和企業(yè)投入的資金較少，缺乏基礎(chǔ)研究積累和人才，我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)能力上還有待提高，總體來(lái)說(shuō)還處于跟蹤和引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)階段。國(guó)內(nèi)定型風(fēng)電機(jī)組的功率均為兆瓦級(jí)以下，最大750千瓦，而市場(chǎng)需要以兆瓦級(jí)為主流，國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組需要進(jìn)行技術(shù)路線的跨越式發(fā)展，技術(shù)路線跨度巨大，因此國(guó)內(nèi)的主要的風(fēng)電產(chǎn)品廠家都采用了引進(jìn)、消化、吸收的策略、但是目前引進(jìn)的圖紙雖然先進(jìn)，但受限于國(guó)內(nèi)配套廠的技術(shù)、工藝、材料等原因，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能無(wú)法達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的等級(jí)，在圖紙的國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中往往采用降低精度，加大尺寸的策略，使得國(guó)產(chǎn)化后的產(chǎn)品往往比較笨重，偏航減速機(jī)齒輪以漸開線齒輪為主，人們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪已經(jīng)有了一套比較成熟的設(shè)計(jì)方法。目前進(jìn)口偏航行星減速機(jī)性能優(yōu)異的原因主要是零件加工精度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮周到，以及特殊材料的使用，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)行星輪系的時(shí)候往往是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊，相同載荷情況下，往往無(wú)法得出與國(guó)外的產(chǎn)品接近的參數(shù)，因此對(duì)偏航行星減速機(jī)的齒輪傳動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，對(duì)于產(chǎn)品體積和重量的控制以及減少不必要的材料浪費(fèi)具有重要意義。
在這樣的背景下，提出關(guān)于偏航減速器的設(shè)計(jì)這個(gè)課題，是符合現(xiàn)代的生產(chǎn)潮流和需求的。設(shè)計(jì)一個(gè)可靠性高，生產(chǎn)成本低的偏航減速器對(duì)風(fēng)力發(fā)電具有極其重要的作用。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 技術(shù)要求
1、 設(shè)計(jì)、計(jì)算及精度要求
1）偏航減速器所有齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算應(yīng)符合ISO6336的相關(guān)規(guī)定。
2）偏航減速器的所有齒輪的靜強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)符合ISO6336的相關(guān)規(guī)定。
3）對(duì)采用的軸承必須根據(jù)靜態(tài)載荷和使用壽命來(lái)確定軸承的規(guī)格，軸承的計(jì)算應(yīng)符合ISO76和ISO281的相關(guān)規(guī)定。
4）偏航減速器內(nèi)太陽(yáng)輪和行星輪的精度要大于或等于6級(jí)，內(nèi)齒圈精度不低于7級(jí)。
5）螺紋連接部分的計(jì)算應(yīng)按照GB/T 16823.1-1997的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，螺紋強(qiáng)度等級(jí)不低于8.8級(jí)。
6）偏航減速器必須采用油杯內(nèi)置結(jié)構(gòu)。
2、材料要求
偏航減速器的材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行材料選擇，其主要零部件材料應(yīng)按下列材料進(jìn)行選?。?
太陽(yáng)輪 17CrNiMo6
行星輪 17CrNiMo6
輸出軸 17CrNiMo6
內(nèi)齒圈 42CrMo
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
1、偏航減速器技術(shù)要求
額定功率 4.8KW
額定輸入轉(zhuǎn)速 950RPM
額定輸出力矩 60000N·m
最大輸出力矩 150000N·m
傳動(dòng)比 1300±5%
使用場(chǎng)合系數(shù)KA: 1.3
使用場(chǎng)合系數(shù)Ka（靜態(tài)）： 1.0
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH: ≥1.1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH（靜態(tài)min）： ≥1.0
彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SF: ≥1.25
彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SF（靜態(tài)min）: ≥1.25
密封件 NBR系列
設(shè)計(jì)壽命 20年
運(yùn)行環(huán)境溫度 -30℃～+40℃
生存環(huán)境溫度 -40℃～+50℃
重量 約780Kg
噪聲（聲功率級(jí)） ≤85Db(A)
2、偏航輸出齒輪技術(shù)參數(shù)
模數(shù)m： 20
齒數(shù)Z1: 14
壓力角： 20°
齒面寬度b： 170mm
變位系數(shù)： 0.5
齒面硬度HRC： ≥58
2.3 總體方案設(shè)計(jì)
方案一：如圖2-1所示
圖2-1 三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
此方案采用三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，由i=1300，得i1=9.5，i2=9.0,i3=15.2，因?yàn)闇p速器傳動(dòng)比應(yīng)越來(lái)越小，且減速器沿輸出方向轉(zhuǎn)速越來(lái)越小，而轉(zhuǎn)矩越來(lái)越大，因此，此方案不合理。
方案二：如圖2-2所示
圖2-2 四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
此方案采用四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，由i=1300，得i1=9.2，i2=8.1,i3=5.2，i4=3.5,因?yàn)闇p速器傳動(dòng)比應(yīng)越來(lái)越小，且減速器沿輸出方向轉(zhuǎn)速越來(lái)越小，而轉(zhuǎn)矩越來(lái)越大，因此，此方案合理。綜上所述，選擇方案二。
綜合上述設(shè)計(jì)參數(shù)，此偏航減速器具有傳遞扭矩大、傳動(dòng)比大、徑向尺寸受限、立式安裝、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，本偏航減速器設(shè)計(jì)為立式四級(jí)漸開線齒輪行星傳動(dòng)。
電動(dòng)機(jī)通過(guò)鍵傳動(dòng)與第一級(jí)太陽(yáng)輪相聯(lián)，第一傳動(dòng)級(jí)之間均采用漸開線花鍵聯(lián)接，太陽(yáng)輪與花鍵做成一體式。同時(shí)，為避免太陽(yáng)輪磨損過(guò)快和便于調(diào)整軸向竄動(dòng)量，上一級(jí)太陽(yáng)輪與下一級(jí)花鍵間采用摩擦塊相聯(lián)。為了節(jié)省材料和減少成本，四級(jí)內(nèi)齒圈都與箱體分開制造，第一、二、三級(jí)內(nèi)齒圈螺釘和箱體連接在一起，第四級(jí)內(nèi)齒圈用螺栓和箱體連接在一起。
四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)采用脂潤(rùn)滑，輸出軸與小齒輪為一體式，輸出軸的軸承采用脂潤(rùn)滑。
第3章 行星輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)傳動(dòng)比i=1300，選用四級(jí)NGW型串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，即。第一、二級(jí)行星輪個(gè)數(shù)均選=3，第三、四級(jí)行星輪個(gè)數(shù)選=4。第二、三、四級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng)，第一、二、三級(jí)行星轉(zhuǎn)架浮動(dòng)并與下一級(jí)浮動(dòng)太陽(yáng)輪用花鍵聯(lián)接并傳遞扭矩。齒輪箱傳動(dòng)采用壓力角的直齒輪傳動(dòng)。精度等級(jí)為外齒輪為6級(jí)，內(nèi)齒輪為7級(jí)。為提高齒輪承載能力，第一、二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)均采用變位齒輪傳動(dòng)，外嚙合，內(nèi)嚙合。根據(jù)技術(shù)協(xié)議內(nèi)容，太陽(yáng)輪材料選用17CrNiMo6，滲碳淬火，表面硬度大于58HRC，=1358MPa，MPa。行星輪材料選用17CrNiMo6，滲碳淬火，表面硬度大于58HRC，=1358MPa，Mpa。內(nèi)齒輪材料選用42CrMo，滲氮，表面硬度為50HRC，=780MPa，MPa。 輸出軸材料選用17CrNiMo6。
3.2 傳動(dòng)比分配
減速器傳動(dòng)比的分配，由于單級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比最大不超過(guò)10，當(dāng)總傳動(dòng)比要求超過(guò)此值時(shí)，應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)減速器。此時(shí)就應(yīng)考慮各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配問(wèn)題，否則將影響到減速器外形尺寸的大小、承載能力能否充分發(fā)揮等。根據(jù)使用要求的不同，可按下列原則分配傳動(dòng)比：（1）使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近于相等；（2）使減速器的外廓尺寸和質(zhì)量最??；（3）使傳動(dòng)具有最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；（4）使各級(jí)傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等。
多級(jí)減速器各級(jí)傳動(dòng)比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會(huì)影響其體積、重量和滑。傳動(dòng)比一般按以下原則分配：使各級(jí)傳動(dòng)承載能力大致相等；使減速器的尺寸與質(zhì)量較??；使各級(jí)齒輪圓周速度較?。徊捎糜驮?rùn)滑時(shí)，使各級(jí)齒輪副的大齒輪浸油深度相差較小。
低速級(jí)大齒輪直接影響減速器的尺寸和重量，減小低速級(jí)傳動(dòng)比，即減小了低速級(jí)大齒輪及包容它的機(jī)體的尺寸和重量。增大高速級(jí)的傳動(dòng)比，即增大高速級(jí)大齒輪的尺寸，減小了與低速級(jí)大齒輪的尺寸差，有利于各級(jí)齒輪同時(shí)油浴潤(rùn)滑；同時(shí)高速級(jí)小齒輪尺寸減小后，降低了高速級(jí)及后面各級(jí)齒輪的圓周速度，有利于降低噪聲和振動(dòng)，提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。故在滿足強(qiáng)度的條件下，末級(jí)傳動(dòng)比小較合理。
減速器的承載能力和壽命，取決于最弱一級(jí)齒輪的強(qiáng)度。僅滿足于強(qiáng)度能通得過(guò)，而不追求各級(jí)大致等強(qiáng)度常常會(huì)造成承載能力和使用壽命的很大浪費(fèi)。通用減速器為減少齒輪的數(shù)量，單級(jí)和多級(jí)中同中心距同傳動(dòng)比的齒輪一般取相同參數(shù)。按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)比不按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的通用減速器約半數(shù)產(chǎn)品的承載能力可提高10%-20%，和強(qiáng)度相比，各級(jí)大齒輪浸油深度相近是較次要分配的原則，即使高速級(jí)大齒輪浸不到油，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可設(shè)法使其得到充分的潤(rùn)滑。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求可知，該行星齒輪減速器傳遞功率高、傳動(dòng)比較大、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，故采用四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。
按各級(jí)行星齒輪傳動(dòng)齒面接觸等強(qiáng)度的傳動(dòng)比分配原則進(jìn)行分配，取:
i1=9.2; i2=8.1; i3=5.2; i4=3.5;
3.3 第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.3.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從抗彎強(qiáng)度和必要的工作可靠性出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取
由裝配條件可知，，滿足條件，取，
，n為整數(shù)，滿足條件
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取
配齒結(jié)果： 。
3.3.2初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽(yáng)輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
N
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
2、按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.9
——行星輪齒數(shù)，=11
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
mm
取=2，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=2mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距：mm
mm
3.3.3幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-1。
表3-1 第一級(jí)齒輪幾何尺寸 （m=2mm）
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽(yáng)輪
12
0.4
24.000
22.553
29. 600
20.600
57.000
行星輪
45
-0.4
90.000
84.572
95.600
86.600
內(nèi)齒輪
102
-0.4
204.000
191.697
201.600
208.600
3.3.4齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽(yáng)輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式：
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽(yáng)輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2、內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.3.5 第一級(jí)行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=1461.8N，d=20mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.3.6第一級(jí)花鍵強(qiáng)度計(jì)算
花鍵類型：圓柱直齒漸開線花鍵，采用30度平齒根，標(biāo)準(zhǔn)壓力角。
主要優(yōu)點(diǎn)：受載時(shí)齒上有徑向力，能起自動(dòng)定心作用，強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)，加工容易。
表3-2內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
10
模數(shù)
m
3
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-3外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
10
模數(shù)
m
3
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.3.7 第一級(jí)軸承校核
風(fēng)力發(fā)電機(jī)常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達(dá)23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤(rùn)滑性能、耐沖擊、長(zhǎng)壽命和高可靠性，發(fā)電機(jī)在2-3級(jí)風(fēng)時(shí)就要啟動(dòng)，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設(shè)計(jì)、材料、制造、潤(rùn)滑及密封都要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。其軸承壽命公式為：
（1）
式中：——軸承壽命，（小時(shí)）；
——基本額定動(dòng)載荷（N）；
——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；
對(duì)接觸角時(shí)， ，
對(duì)接觸角時(shí)，
X、Y值可查[3]表39.3-3
——壽命指數(shù)， 球軸承=3，滾子軸承；
——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）.
同時(shí)，又有
式中：——太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速，r/min;
——行星輪轉(zhuǎn)速, r/min;
——該級(jí)齒輪傳動(dòng)比;
——行星輪及太陽(yáng)輪的齒數(shù)比.
經(jīng)計(jì)算，一至四級(jí)的太陽(yáng)輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為：
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K20×37×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約20.19年。
3.4 第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.4.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知， ，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)
，取。
配齒結(jié)果： 。
3.4.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽(yáng)輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.7
——行星輪齒數(shù)，=11
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
mm
取=4，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=4mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.4.3 幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-4
表3-4 第二級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=4mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽(yáng)輪
12
0.4
48.000
45.105
59.200
41.200
96.000
行星輪
36
-0.4
144.000
135.316
155.200
137.200
內(nèi)齒輪
84
-0.4
336.000
315.737
331.200
342.800
3.4.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽(yáng)輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽(yáng)輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲強(qiáng)度
這里公計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.4.5第二級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=13553.6N，d=20mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.4.6第二級(jí)輸出端花鍵副
表3-5內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
14
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-6外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
14
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.4.7第二級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K20×37×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，， （轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約22.29年。
3.5 第三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.5.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從抗彎強(qiáng)度和必要的工作可靠性出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知，，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取。
。
配齒結(jié)果：，，。
3.5.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽(yáng)輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.8
——行星輪齒數(shù)，=14
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
取=6，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=6mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.5.3幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-7。
表3-7 第三級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=6mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽(yáng)輪
17
0
102.000
95.849
114.000
87.0
132.000
行星輪
27
0
162.000
152.23
174.000
147.000
內(nèi)齒輪
71
0
426.000
400.309
414.000
441.000
3.5.4齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽(yáng)輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽(yáng)輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.5.5 第三級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=19055.8N，d=30mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.5.6 第三級(jí)輸出端花鍵副
表3-8內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
24
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-9外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
24
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.5.7第三級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K30×47×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約26.97年。
3.6 第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.6.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從尺寸要求出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知，，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取。
配齒結(jié)果： 。
3.6.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——行星輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
2.按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.15
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.68
——行星輪齒數(shù)，=16
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
取=6，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=6mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.6.3 幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-10：
表3-10 第四級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=6mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽(yáng)輪
34
0
204.000
191.697
216.000
189.000
180.000
行星輪
26
0
156.000
146.592
168.000
141.000
內(nèi)齒輪
86
0
516.000
484.881
528.000
501.000
3.6.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽(yáng)輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽(yáng)輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽(yáng)輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.6.5第四級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=48505.9N，d=40mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，第一級(jí)行星輪軸直徑為d=20mm；第二級(jí)行星輪軸直徑為d=20mm；第三級(jí)行星輪軸直徑為d=30mm；第四級(jí)行星輪軸直徑為d=40mm。所以行星輪軸均能滿足強(qiáng)度要求。
3.6.6第四級(jí)輸出端花鍵副
表3-11內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
16
模數(shù)
m
10
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-12外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
16
模數(shù)
m
10
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.6.7第四級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承K40×62×22
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行作用在行星輪軸的力：
這里，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約22.55年。
3.7電動(dòng)機(jī)輸入處深溝球軸承校核
所選軸承型號(hào)為；KS B 2023 S60-6016-D-C深溝球軸承6016
其相應(yīng)的參數(shù)如下：，=3，，
該軸承徑向受力為0，且估算出該齒輪軸向上受套筒及本身的重力，共計(jì)約30N，即軸承受軸向力 ，則得 。
查[3]表39.3-3，由線性插值法計(jì)算出e=0.017, X=0.05，Y=0.206
將所有數(shù)值代入（1）式，得：
所以該軸承壽命滿足要求。
第4章 三維模型
4.1輸入軸部裝爆炸視圖
第一級(jí)與輸入間箱體
聯(lián)軸器
滾動(dòng)軸承
軸承擋圈
圖4-1輸入軸部裝爆炸視圖
4.2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
內(nèi)齒輪
行星架花鍵
行星輪
滾針軸承
行星輪軸
太陽(yáng)輪軸鍵
行星輪部裝
套筒
平鍵
圖4-2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖
4.3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
行星架
行星輪部裝
行星輪
滾針軸承
套筒
內(nèi)齒輪
行星輪軸
太陽(yáng)輪花鍵軸
摩擦塊
圖4-3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖
4.4第三級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
內(nèi)齒輪
行星架
行星輪部裝
行星輪