風(fēng)力發(fā)電機(jī)的增速齒輪箱的設(shè)計(jì)

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1、精品 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)。 首先，確定齒輪箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)。選取一級(jí)行星派生型傳動(dòng)方案，通過計(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

2、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，結(jié)果符合安全要求。 其次，基于Pro／E參數(shù)化建模功能，運(yùn)用漸開線方程及螺旋線生成理論，建立斜齒輪的三維參數(shù)化模型。 然后，對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了齒面接觸應(yīng)力計(jì)算。先利用常規(guī)算法進(jìn)行理論分析計(jì)算。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)機(jī)齒輪箱，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建模 Abstract The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufactu

3、ring 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 late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind tur

4、bine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development andresearch on MW wind power gearbox，and truly master the design andmanufacturing technology in order to achieve the goal of localization． This paper takes the wind p

5、ower。The independentdesign of the gearbox matching for the wind turbinehas been carried out by selecting the transmission schemeandcalculating the gear parameters。 Firstly,the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear

6、 parameters of every stage transmission is calculated．，and the force analysis results is obtained．The static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standard．The result shows that it is accord with safety requirements． Secondly,the helical gear parametric m

7、odel is established based on involutes curve equation and generation theory of spiral line by using the function of parametric modeling in Pro／E． Then,the tooth surface contact stress of the gear transmission is calculated． Key Words：the wind power ，Gearbox for Wind Turbine；Structure Des

8、ign；Parametric Modeling 目 錄 中文摘要……………..…………………………………………..……….….……………….. .I Abstract……………………………...……………..…………………………..……………….II 1 引言……………..……….…………………………………………….….…………………..1 1.1課題來源……………………........................…………….…………….…………..……1 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢........

9、.............…………….…………….………………..2 1.2.1風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.2風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展趨勢 1.3課題意義…………………………….…....……….....……………3 1.4論文的主要內(nèi)容…………………………….…....……….....……….3 2齒輪箱的設(shè)計(jì)………..….…………………………….…..….………….5 2.1 增速齒輪箱方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………..5 2.2齒輪參數(shù)確定…………………………….…………………………...……………..7 2.2.1行星輪系的齒輪齒…………………………

10、.…………………………...………...7 2.2.2圓柱級(jí)齒輪參數(shù) 2.3受力分析與靜強(qiáng)度校核……………………...…………………………...9 2.3.1受力分析 2.3.2低速級(jí)外嚙合齒面靜強(qiáng)度計(jì)算 2.4本章小結(jié) 3傳動(dòng)軸和箱體的設(shè)計(jì) 3.1高速軸的設(shè)計(jì) 3.2低速軸的設(shè)計(jì) 3.3中間軸的設(shè)計(jì) 3.4箱體 4齒輪箱的密封、潤滑和冷卻 4.1齒輪箱的密封 4.2齒輪箱的潤滑、冷卻 5齒輪箱的使用及其維護(hù) 5.1安裝要求 5.2定期更換潤滑油 5.3齒輪箱常見故障 6基于Pro／E的斜齒輪參數(shù)化造型 6.1Pro／E參數(shù)化建模概述 6.2齒輪參數(shù)化模

11、型建立 6.2.1設(shè)置參數(shù)與數(shù)學(xué)關(guān)系式 6.2.2構(gòu)造齒廓 6.2.3生成齒輪 6.3模型裝配 6.4總結(jié) 結(jié)論………….………….……………………..….……...………..….………...25 致謝………………….……………………..…….…………...………………….26 參考文獻(xiàn).…………….…………………..….…..……………….……………….26 1引 言 1.1課題來源 風(fēng)是一

12、種潛力很大的新能源，十八世紀(jì)初，橫掃英法兩國的一次狂暴大風(fēng)，吹毀了四百座風(fēng)力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多條帆船，并有數(shù)千人受到傷害，二十五萬株大樹連根拔起。僅就拔樹一事而論，風(fēng)在數(shù)秒鐘內(nèi)就發(fā)出了一千萬馬力(即750萬千瓦；一馬力等于0．75千瓦)的功率!有人估計(jì)過，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。因此，國內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。 近10年風(fēng)力發(fā)電增長迅猛，200年以來 ，全球每年風(fēng)電裝機(jī)容量增長速度為 20%～30%。全球風(fēng)能協(xié)會(huì)發(fā)布最新一期全球風(fēng)電

13、的增長數(shù)據(jù)顯示 ， 2008年全球范圍內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)容量 2 705萬 kW，使得全球風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 1 . 20億 kW，較 2007年增長 28 . 8%。 1998～2008年全球風(fēng)電裝機(jī)容量的增長情況。如圖 1所示。 我國的風(fēng)電發(fā)展主要集中在 2003年以后 ，尤其是在風(fēng)電特許權(quán)的帶動(dòng)下 ， 2006年我國除臺(tái)灣外增加風(fēng)電機(jī)組 1 454臺(tái) ，增加裝機(jī)容量 133 . 7萬 kW，比過去 20年發(fā)展累積的總量還多 ，僅次于美國、 德國、 西班牙和印度。 2008年又新增風(fēng)電裝機(jī)容量630萬 kW，新增容量位列全球第 2，僅次于美國。截至 2008年底總裝機(jī)容量達(dá)到 1 215

14、.3萬 kW，同比增長 106% ，總裝機(jī)容量超過了印度 ，位列全球第4，同時(shí)躋身世界風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬千瓦的風(fēng)電大國行列。圖 2反映了 2000年以來我國風(fēng)電裝機(jī)容量的增長。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、功率變換器、變壓器等部分構(gòu)成 ，其中 ，發(fā)電機(jī)承擔(dān)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的任務(wù) ，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件。隨著風(fēng)力發(fā)電整體技術(shù)的發(fā)展 ，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由早期的直流發(fā)電機(jī)、 籠型異步發(fā)電機(jī)等演變?yōu)楫?dāng)前的雙饋異步發(fā)電機(jī)和低速直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)等。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身技術(shù)水平的提高 ，又有力地促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電整體技術(shù)的進(jìn)步。 例如 ，雙饋異步發(fā)電機(jī)及其控制技術(shù)的成熟 ，使變速恒頻風(fēng)力發(fā)電

15、得以實(shí)現(xiàn) ，成為當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主流。因此 ，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)互為因果 ，相互促進(jìn)。近年來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量不斷增大 ，特別是低速直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展 ，有力地促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、 制造、 控制以及運(yùn)行維護(hù)水平的提高 ，各種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)不斷出現(xiàn)。 本課題就是建立在對(duì)引進(jìn)的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱結(jié)構(gòu)技術(shù)消化吸收的基礎(chǔ)上，對(duì)增速齒輪箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)機(jī)增速齒輪箱打下基礎(chǔ)。 1．2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1．2．1風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電的快速增長帶動(dòng)了風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展， 2007 年度全球風(fēng)電設(shè)備市場總價(jià)值達(dá)到360 億

16、美元。目前， 世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)主要集中在少數(shù)幾個(gè)國家，如丹麥、 德國、 西班牙和美國等， 著名的公司有Ves tas(丹麥)、 GE Wind(美國)、 Gamesa(西班牙)、Enercon (德國)、 Suzlon(印度)等。圖3 為2007 年世界風(fēng)電機(jī)組市場份額圖。2007 年， 丹麥的Vestas 公司占全球市場份額的 22.8%， 前3 位公司占有了市場份額的一半多。值得一提的是， 我國的金風(fēng)科技股份有限公司也占據(jù)了2007 年世界風(fēng)電市場的4. 2%。 風(fēng)電的快速增長同樣刺激了我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，并迅速崛起了像金風(fēng)科技股份有限公司、 華銳風(fēng)電科技有限公司、

17、 湖南湘電風(fēng)能有限公司、 浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)力發(fā)電工程有限公司等風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)。這些企業(yè)通過對(duì)國外風(fēng)電技術(shù)的吸收再創(chuàng)新， 形成了較大的生產(chǎn)規(guī)模。目前，國內(nèi)從事風(fēng)電設(shè)備制造的企業(yè)達(dá) 50余家，而且配件制造企業(yè)隊(duì)伍也在迅速擴(kuò)大。2007 年我國新增裝機(jī)容量中， 內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)品占 55. 9%， 其中金風(fēng)科技的份額最大， 占新增總裝機(jī)容量的 25.1%，占內(nèi)資企業(yè)產(chǎn)品的44. 9% ;合資企業(yè)產(chǎn)品占新增裝機(jī)容量的 1.6%; 外資企業(yè)產(chǎn)品占 42. 5%， 其中西班牙Gamesa的份額最大，占新增裝機(jī)容量的39. 9% 。國際上，兆瓦級(jí)以上的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)成為主流機(jī)型。如美國:主流機(jī)型1. 5MW， 丹麥:

18、主流機(jī)型( 2. 0~3. 0)MW。截至2006年，我國風(fēng)電機(jī)組1MW以下的機(jī)組占總裝機(jī)容量的70%， 1MW~ 2MW之間的風(fēng)電機(jī)型只占26%， 2MW以上機(jī)型占4%。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃，我國未來的風(fēng)電新增裝機(jī)將以1. 5MW、 2MW機(jī)型為主， 1MW以下機(jī)型所占比重將逐漸降低。 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢： ( 1) 機(jī)組單機(jī)容量增大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大有利于提高風(fēng)能利用率，降低風(fēng)場的占地面積， 降低風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)成本，從而提高風(fēng)電的市場競爭力。目前， 國際上主流的風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到( 2~ 3)MW， 由德國Repower 公司研制的最大的5MW 風(fēng)電機(jī)組已投入運(yùn)行，其旋翼區(qū)直徑達(dá)到1

19、26 米。可以預(yù)見， ( 3~ 5)MW的風(fēng)電機(jī)組在市場中的比例將日益提高。2008 年 2 月在布魯塞爾舉行的風(fēng)能會(huì)議和風(fēng)能展上， 有與會(huì)者甚至提出了2020 年前開發(fā)出20MW風(fēng)電機(jī)組的概念。 ( 2) 海上風(fēng)電迅速興起海上風(fēng)能資源豐富， 且受環(huán)境影響小，海上風(fēng)電場將成為一個(gè)迅速發(fā)展的市場。目前丹麥、 德國、 英國、瑞典和荷蘭等國家海上風(fēng)電發(fā)展較快。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)(EWEA)預(yù)測， 2020年，歐洲海上風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到70 000MW。雖然海上風(fēng)電前景廣闊，但目前還有技術(shù)等方面的因素制約著它的發(fā)展。一方面， 海上風(fēng)電機(jī)組均為陸上風(fēng)電機(jī)組改造而成， 而復(fù)雜的海上自然條件使得風(fēng)電機(jī)組的故障

20、率居高不下， 如世界最大的海上風(fēng)電場丹麥Vestas 霍恩礁風(fēng)電場， 80 臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組故障率超過70%。另一方面， 電網(wǎng)將難以承受大規(guī)模海上風(fēng)電場所提供的巨大電能。因此， 海上風(fēng)電的大發(fā)展仍需要解決機(jī)組及上網(wǎng)配套設(shè)施等方面的問題。 ( 3) 變速恒頻技術(shù)快速推廣目前市場上恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙繞組結(jié)構(gòu)的異步發(fā)電機(jī)， 雙速運(yùn)行。在高風(fēng)速段， 發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較高轉(zhuǎn)速上;在低風(fēng)速段，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較低轉(zhuǎn)速上。其優(yōu)點(diǎn)是控制簡單， 可靠性高;缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常變化，因此機(jī)組經(jīng)常處于風(fēng)能利用系數(shù)較低的狀態(tài)，風(fēng)能無法得到充分利用。隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組開發(fā)制造廠商開始使用變速恒

21、頻技術(shù)，并結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組。與恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組相比， 變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組具有發(fā)電量大、 對(duì)風(fēng)速變化的適應(yīng)性好、 生產(chǎn)成本低、 效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組也是未來發(fā)展的趨勢之一。德國Enercon 公司是目前全球生產(chǎn)變速風(fēng)電機(jī)組最多的公司。 ( 4) 全功率變流技術(shù)興起近年來，歐洲的Enercon、 Winwind 等公司都開發(fā)和應(yīng)用了全功率變流的并網(wǎng)技術(shù)， 使風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍達(dá)到了 0~ 150%的額定轉(zhuǎn)速， 提高了風(fēng)能的利用范圍，改善了風(fēng)場上網(wǎng)電能的質(zhì)量。Enercon 公司還將原來對(duì)每個(gè)風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)的分散控制加以集中，由并網(wǎng)變電站來統(tǒng)一

22、調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的有源功率因素校正和諧波補(bǔ)償。全功率變流技術(shù)將在今后大型風(fēng)電場建設(shè)時(shí)得到推廣應(yīng)用。 ( 5) 直驅(qū)和半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組采用多極電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式， 免去故障率較高的齒輪箱，在低風(fēng)速時(shí)效率高，且具有低噪聲、 高壽命、 運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)份額增長較塊， 但由于技術(shù)和成本等方面的原因， 在未來較長時(shí)間內(nèi)帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組仍將在市場中占主導(dǎo)地位。半直驅(qū)是介于齒輪箱驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)之間的一種驅(qū)動(dòng)方式，它采用一級(jí)齒輪箱增速， 結(jié)構(gòu)緊湊， 具有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩。與傳統(tǒng)的齒輪箱驅(qū)動(dòng)相比， 半直驅(qū)增加了系統(tǒng)的可靠性;而與大直徑的

23、直驅(qū)相比，半直驅(qū)通過更高效和緊湊的機(jī)艙排列減小了系統(tǒng)的體積和重量。 圖4風(fēng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 1．2．2風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展趨勢 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

24、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，最有影響的國家主要有美國、德國等歐美發(fā)達(dá)國家，在風(fēng)電行業(yè)中處于統(tǒng)治地位。歐美發(fā)達(dá)國家早已開發(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，因此在國際風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中處于明顯的優(yōu)勢和主導(dǎo)地位。 國外兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱是隨jxL電機(jī)組的開發(fā)而發(fā)展起來的，Renk、Flender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)測試對(duì)設(shè)計(jì)方案

25、進(jìn)行驗(yàn)證。此外，國外通過理論分析及試驗(yàn)測試對(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)電齒輪箱的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。 盡管國際上齒輪箱設(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)國家存在報(bào)大差距。我國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)和吸收國外成熟的技術(shù)，成功研發(fā)出了兆瓦級(jí)以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 1.3課題意義 風(fēng)力發(fā)電是清潔可再生能源，蘊(yùn)存量巨大，具有實(shí)際開發(fā)利用價(jià)值。中國水電資源370 GW，風(fēng)能資源有250 GW。廣東省水電資源6.6 GW，

26、沿海風(fēng)能可開發(fā)量(H=40 m)8.41 GW。也就是說，風(fēng)能與水能總量旗鼓相當(dāng)。大量風(fēng)能開發(fā)不可能靠某個(gè)部門或行業(yè)的財(cái)政補(bǔ)貼就能解決，商業(yè)化不僅是市場的要求，也是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的自身需要。所以，風(fēng)力發(fā)電商業(yè)化是必由之路，可行之路。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，其主要功用是將風(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)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(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。齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件，在運(yùn)行期間同時(shí)承受動(dòng)、靜載荷。其動(dòng)載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)

27、電機(jī)的外部工作條件。 開發(fā)新能源是國家能源建設(shè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、減少環(huán)境污染、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)中最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。 (1)由于我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏基礎(chǔ)研究積累和人才，我國在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)能力上還有待提高，總體來說主要以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)為主。目前國內(nèi)引進(jìn)的技術(shù)，有的是國外淘汰的技術(shù)，有的圖紙雖然先進(jìn)，但受限于國內(nèi)配套廠家的技術(shù)、工藝、材料等原因，導(dǎo)致國產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能仍有一定差距。所以，在引進(jìn)國外風(fēng)機(jī)技術(shù)的同時(shí)，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的兆瓦級(jí)增速齒輪箱，是加速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

28、 (2)增速齒輪的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的命運(yùn)。因此，要加強(qiáng)齒輪的研究，對(duì)齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高齒輪的嚙合質(zhì)量，降低噪聲，保證齒輪機(jī)械效率，提高齒輪的運(yùn)行可靠性。 (3)增速齒輪箱以漸開線齒輪為主，人們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪有了一套比較成熟的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和加工方法。兆瓦級(jí)增速齒輪對(duì)漸開線齒輪傳動(dòng)提出了新的要求，在尺寸、重量最小的情況下，可靠地傳遞高速、重載的運(yùn)動(dòng)，這就對(duì)齒輪分析的計(jì)算精度提出了很高要求，高精度齒輪分析是輪齒承載能力、振動(dòng)、噪聲及修形等研究的基礎(chǔ)。因此，建立準(zhǔn)確的分析模型，準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分布對(duì)修形規(guī)律的研究具有重要意義。

29、1．4論文的主要內(nèi)容 論文的主要內(nèi)容包括是介紹了風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀發(fā)展趨勢，及現(xiàn)在各個(gè)國家對(duì)風(fēng)力發(fā)電的重視程度。我國現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電的總體情況、風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈主要分為主軸、齒輪箱（增速箱）、機(jī)械剎車以及相關(guān)組件。齒輪箱作為風(fēng)機(jī)上的零件的重要作用，齒輪箱的發(fā)展。還有就是整篇論文關(guān)于齒輪箱的設(shè)計(jì)過程，及校核等等。還有CAD二維的裝配圖及零件圖和基于SOLID WORKS的齒輪箱的三維圖的繪制，并截取了一些圖片附于論文上。 設(shè)計(jì)此次的行星輪系的齒輪箱，我們擬部分采用減速器的設(shè)計(jì)方法，再結(jié)合書籍資料完成風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計(jì)，校核，及優(yōu)化的一系列工作。 關(guān)于行星輪系的傳動(dòng)比，

30、及齒輪的計(jì)算，會(huì)參照《機(jī)械原理》等一些書籍的部分內(nèi)容進(jìn)行，還有關(guān)于軸的校核，鍵等等，和齒輪箱的使用和維和等等。 主要的參數(shù)如下： 表1 輸入功率 1660KW 發(fā)電機(jī)額定功率 1500KW 輸入轉(zhuǎn)速 18r/min 傳動(dòng)形式 一級(jí)行星兩級(jí)定軸 總傳動(dòng)比 99.5 重量 17t 主軸承 自調(diào)心滾子軸承 并明確規(guī)定依據(jù)IS06336進(jìn)行齒輪計(jì)算，按3倍額定功率計(jì)算靜強(qiáng)度>1.0。.外齒輪制造精度不低于6級(jí)，齒面硬度HRC58--62，外齒輪采用20CrNi2MoA。 2齒輪箱的設(shè)計(jì) 2．1 增速齒輪箱方案設(shè)計(jì) 對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，傳動(dòng)比多在100左

31、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)，行星傳動(dòng)的以下優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞功率范圍大，使功率分流；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=98．74，采

32、用一級(jí)行星派生型傳動(dòng)，即一級(jí)行星傳動(dòng)+兩級(jí)高速軸定軸傳動(dòng)。為補(bǔ)償不可避免的制造誤差，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。設(shè)計(jì)齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)比為1：98.74，由于減速比較大，按照此轉(zhuǎn)動(dòng)比，齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式可設(shè)計(jì)為：一級(jí)行星傳動(dòng)+兩級(jí)平行軸定軸傳動(dòng)。 圖5采用的結(jié)構(gòu) 行星齒輪傳動(dòng)由于有多對(duì)齒輪同時(shí)參

33、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)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。 (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。 (4)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)

34、齒圈不動(dòng)時(shí)有 以上各式中： ——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)； ha*——齒頂高系數(shù)。 2．2齒輪參數(shù)確定 2.2.1行星輪系的齒輪參數(shù) 根據(jù)行星輪系的傳動(dòng)所需要滿足的條件。 兩級(jí)定軸的傳動(dòng)比，則一級(jí)行星傳動(dòng)，角標(biāo)1表示低速級(jí)輸入端， ，每個(gè)行星輪的傳遞的功率P=1660.33KW，工作壽命為20年。 參數(shù)計(jì)算： 1.選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)： 1）選擇直齒圓柱齒輪。 2）齒輪精度等級(jí)為5級(jí)精度。 3）材料選擇為20CrMnMo,熱處理應(yīng)為淬火。 4）初選小齒輪齒數(shù)為.67，取37

35、。 ， ∴A= /=3.8 E = A =5.472 查得 =5.5 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 2)計(jì)算 圓周速度V=2.037m/s 計(jì)算齒寬b及模數(shù)m。b=394.12. m=22.39. h=50.376 計(jì)算載荷系數(shù)=11.38537 據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)，分度圓的直徑得：d1=264.75mm 2.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取螺旋角壓力角 ∴ (1)配齒計(jì)算 取/= C ， 適當(dāng)調(diào)整=5.08696 5.08696/ 3 = 39, ∴=23 , = c

36、-=94 =0.5(-)=35.5 采用不等角變位，取=35， 則 j==1.01724 查圖可得適用的預(yù)計(jì)嚙合角23≤≤26 20≤≤24 預(yù)選=24．5 (2)按接觸強(qiáng)度初算a-c傳動(dòng)的中心距與模數(shù) = 太陽輪和行星輪材料選用滲碳淬火，齒面硬度HRC58-62，選取 齒寬系數(shù)， 齒數(shù)比 ∴ 模數(shù)=13.82， 取=14 未變位時(shí) =409.5 按預(yù)取嚙合角=24.5可得a—c傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù) =0.40952 則中心距

37、 a’=a+ =415.23 a取a’=416 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 ∴=24.73 (3)計(jì)算a—c傳動(dòng)的變位系數(shù)(4)計(jì)算a．C傳動(dòng)的變位系數(shù) =0.4712 =59.52 查圖校核，在與線之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。 查圖分配變位系數(shù)藝=0．22，=O．2512 (4)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 =416.5658 ∴=22.49 (5)計(jì)算c-b傳動(dòng)的變位系數(shù) =-0.04558 (6)重合度計(jì)算

38、 =1.4336 =1.0506 其中 ∴ 行星輪系的參數(shù)為 分度圓直徑 齒寬 內(nèi)齒輪R精度等級(jí)為6級(jí)。 2.2.2圓柱級(jí)齒輪參數(shù) 1.高速軸上的齒輪的設(shè)計(jì) 輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速為1399.013r/min,傳動(dòng)比i=3.9183,工作壽命20年。 （1）選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)： 1）選擇斜齒圓柱齒輪。 2）齒輪精度等級(jí)為5級(jí)精度。 3）材料選擇為20CrMnMo,熱處理應(yīng)為淬火。 4）初選小齒輪齒數(shù)為。 5）初選螺旋角。 （2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 2)

39、計(jì)算 圓周速度V=16.47m/s 計(jì)算齒寬b及模數(shù)m。b=179.872. m=8.73. h=19.64 計(jì)算縱向重合度=1.586 計(jì)算載荷系數(shù)=1.433 據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)，分度圓的直徑得：d1=264.75mm 2.中間軸上的齒輪設(shè)計(jì) 輸入功率=1594.589KW，小齒輪的轉(zhuǎn)速為357.046r/min。傳動(dòng)比i=4.5224,傳遞的轉(zhuǎn)矩=N.mm，使用壽命為20年。 （1）選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒輪 1）選擇斜齒圓柱齒輪。 2）齒輪精度等級(jí)為5級(jí)精度。 3）材料選擇為20CrMnMo,熱處理應(yīng)為淬火。 4）

40、初選小齒輪齒數(shù)為。 5）初選螺旋角 （2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 2)計(jì)算 圓周速度V=6.432m/s 計(jì)算齒寬b及模數(shù)m。b=275.22. m=14.73. h=33.145 計(jì)算縱向重合度=1.0317 計(jì)算載荷系數(shù)=1.4121 據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)，分度圓的直徑得：d1=407.628mm 高速軸上的一對(duì)齒輪系參數(shù)為： 中間軸上的一對(duì)齒輪的參數(shù)為： 2．3受力分析與靜強(qiáng)度校核 2．3．1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

41、強(qiáng)度計(jì)算，需要對(duì)行星輪以及太陽輪進(jìn)行受力分析。當(dāng)行星輪數(shù)目為3。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)矩的作用下平衡，構(gòu)件間的作用力等于反作用力。 圖6行星齒輪受力分析 行星架輸入功率為，太陽輪輸出功率為，增速傳動(dòng)比為i，太陽輪節(jié)圓直徑為dl，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： 式中：—法面壓力角； —分度圓螺旋角。 得到各個(gè)齒輪的受力結(jié)果如表2所示。 表2 2．3．2低速級(jí)外嚙合齒面靜強(qiáng)度計(jì)算 依據(jù)要求，按3倍額定功率計(jì)算靜強(qiáng)度

42、。(因其余嚙合齒輪副的計(jì)算步驟、結(jié)論與此相似，在此，僅以低速級(jí)外嚙合為例。) ①載荷 ： 式中：——計(jì)算切向載荷，N； d——輪齒分度圓直徑，mm； ——最大轉(zhuǎn)矩，Nm ②修正載荷系數(shù) 因已按最大載荷計(jì)算，取使用系數(shù)=l。 ③計(jì)算安全系數(shù)： 式中：——靜強(qiáng)度最大齒面應(yīng)力， ∴，符合要求。 2．4本章小結(jié) 依據(jù)技術(shù)指標(biāo)，綜合行星傳動(dòng)與平行軸傳動(dòng)的有點(diǎn)，選取兩級(jí)行星派生型傳動(dòng)，采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，計(jì)算確定了齒輪箱各級(jí)傳動(dòng)的參數(shù)。對(duì)行星傳動(dòng)進(jìn)行受力分析，得出各級(jí)傳動(dòng)齒輪的受力結(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。 3傳

43、動(dòng)軸和箱體的設(shè)計(jì) 3.1高速軸的設(shè)計(jì) (1)最小軸直徑的設(shè)計(jì)（A=105~115） 功率P=1562.857KW，轉(zhuǎn)速n=1399.013r/m，A取110。 所以d=114.12mm。又根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率選擇， 所以d=120mm （2）結(jié)構(gòu)設(shè)如下 3.2低速軸的設(shè)計(jì) 最小軸直徑的設(shè)計(jì) 所以d=308.14mm。根據(jù)軸承精度選擇， 所以外徑d=320mm，內(nèi)徑d1=160mm。 3.3中間軸的設(shè)計(jì) （1）最小軸直徑的設(shè)計(jì) 功率P=1594.589KW，轉(zhuǎn)速n=357.046r/m。 所以d=181.15mm。又根據(jù)調(diào)心滾子軸承選擇， 所

44、以d=200mm （2）結(jié)構(gòu)設(shè)如下： 3.4箱體 箱體是齒輪箱的重要零件，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，保證傳動(dòng)質(zhì)量。箱體的設(shè)計(jì)應(yīng)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)注意軸承支撐和機(jī)座支撐的不同方向的反力及其相對(duì)值，選取合適的支撐結(jié)構(gòu)和壁厚，增設(shè)必要的加強(qiáng)筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。箱體的應(yīng)力情況十分復(fù)雜且分布不均，只有采用現(xiàn)代計(jì)算方法，如有限元、斷裂力學(xué)等輔以模擬實(shí)際工況的光彈實(shí)驗(yàn)，才能較為準(zhǔn)確的計(jì)算出應(yīng)力分布情況。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以獲得與實(shí)際應(yīng)力

45、十分接近的結(jié)果。采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減震性，易于切削加工等特點(diǎn)，適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強(qiáng)度鑄鐵。設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)避免壁厚突變，減小壁厚差，以免產(chǎn)生縮孔和疏松等缺陷，用鋁合金或其他輕合金制造的箱體，可使其重量較鑄鐵輕20%-30%，但從另一個(gè)角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著。這是因?yàn)檩p合金鑄件的彈性模量較小，為了提高剛性，設(shè)計(jì)時(shí)常需加大箱體的受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承套，相應(yīng)部分的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風(fēng)力發(fā)電機(jī)尚用鋁合金箱體外，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用輕鋁合金鑄件箱體已不多見。單件小批量生產(chǎn)時(shí)，常采用焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減少

46、機(jī)械加工過程中和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)進(jìn)行退火，時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應(yīng)設(shè)有觀察窗。機(jī)座旁一般設(shè)有連體吊鉤，供起吊整臺(tái)齒輪箱用。 4齒輪箱的密封、潤滑和冷卻 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?，同時(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。 1.非接觸式密封。所有的非接觸式密封不會(huì)產(chǎn)生磨損，使用時(shí)間長。 軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡單的密封。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

47、端蓋孔或軸頸上加工出一些溝槽，一般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件應(yīng)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)軸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)加工殘留物。 本次設(shè)計(jì)采用了以上的第二種密封方式。 4.2齒輪箱的潤滑、冷卻

48、 齒輪箱的潤滑十分重要，良好的潤滑能夠?qū)X輪和軸承祈禱足夠的保護(hù)作用。為此，必須高度重視齒輪箱的潤滑問題，嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤滑系統(tǒng)長期處于最佳狀態(tài)。齒輪箱常采用飛濺潤滑或強(qiáng)制潤滑，一般以強(qiáng)制潤滑為多見。因此，配備可靠的潤滑系統(tǒng)尤為重要。在機(jī)組潤滑系統(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滑系統(tǒng)，對(duì)齒輪箱的齒輪和傳動(dòng)件進(jìn)行潤滑，管路上裝有各種監(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。保持油液的清潔十分重要，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。此外還應(yīng)具備以下

49、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傳動(dòng)類型，其主要的失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤滑油時(shí)，重點(diǎn)是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強(qiáng)度。 潤滑油系統(tǒng)中的散熱器常用風(fēng)冷式的，由系統(tǒng)中的溫度傳感器控制，在必要時(shí)通過電控旁路閥自動(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。 5齒輪箱的使用及其維護(hù) 5.1安裝要求 齒輪箱的主動(dòng)軸與葉片輪轂的聯(lián)接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)接時(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

50、與之相連接的部件的軸線應(yīng)保證同心，其誤差不得大于所選用聯(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。 5.2定期更換潤滑油 第一次換油應(yīng)在首次投入運(yùn)行500h后進(jìn)行，以后的換油周期為每運(yùn)行5000-10000h。在運(yùn)行過程中也要注意箱體內(nèi)油質(zhì)的變化情況，定期取樣化驗(yàn)，若油質(zhì)發(fā)生變化，氧化生成物過多并超過一定比例時(shí)，就應(yīng)及時(shí)更換。齒輪箱應(yīng)每半年檢修一次，備件應(yīng)按照正規(guī)圖紙制造，更換新備件后的齒輪箱，其齒輪嚙合情況符合技術(shù)條件的規(guī)定，并經(jīng)過試

51、運(yùn)轉(zhuǎn)與載荷試驗(yàn)后再正式使用。 5.3齒輪箱常見故障 齒輪箱的常見故障有齒輪損傷、軸承損壞、斷軸和滲透油、油溫高等。 6基于Pro／E的斜齒輪參數(shù)化造型 6.1Pro／E參數(shù)化建模概述 實(shí)踐中存在著大量復(fù)雜卻用途廣泛的零件。比如：斜齒輪，其齒廓部分是漸開線螺旋面，齒根過度曲線部分由于加工方法的不同形狀有異。為滿足有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析等的需要，有時(shí)要求精確繪制出漸開線斜齒輪的三維實(shí)體模型。齒輪造型精確度將直接影響有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過程重復(fù)，設(shè)計(jì)周期長、工作效率低。當(dāng)齒輪

52、的某一參數(shù)改變時(shí)，需要對(duì)齒輪組重新建模與裝配，因此設(shè)計(jì)智能化程度低。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)中，通過修改尺寸來實(shí)現(xiàn)對(duì)模型修改的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)人員除輸入必要的設(shè)計(jì)參數(shù)外，對(duì)設(shè)計(jì)過程不需要任何干涉，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)的約束條件進(jìn)行分解和計(jì)算并完成設(shè)計(jì)過程。 Pro／E是美國PTC公司的標(biāo)志性軟件，問世于1988年?，F(xiàn)已稱為全世界最為普遍的3D CAD／CAM軟件，其功能強(qiáng)大，模塊眾多，包括實(shí)體設(shè)計(jì)、零件裝配、功能仿真等。Pro／E軟件的長處及獨(dú)特的地方表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是它的參數(shù)化特征化定義實(shí)體造型的功能，從而給工程師們提供設(shè)計(jì)上的簡便和靈活性： 另一方面是其獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供在工程上的完全

53、相關(guān)性，即在產(chǎn)品開發(fā)過程中任何一個(gè)地方的更改都會(huì)得到其它相關(guān)地方的自動(dòng)修改用Pro／E進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，主要是用到Pro／E中的程序(Program)，這是一種相對(duì)非常簡單的程序，它只是用一些簡單的input、if-else等少數(shù)語句，對(duì)零件或組件設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的信息進(jìn)行編輯。使用者可以通過非常簡單的程序語言來控制特征以及尺寸大小，以完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)漸開線直齒輪的參數(shù)化建模和裝配做了很多深入的研究，但是對(duì)于漸開線變位斜齒輪的參數(shù)化建模研究不多。本章依據(jù)漸開線參數(shù)方程以及螺旋線生成原理，在Pro／E中實(shí)現(xiàn)了斜齒輪的參數(shù)化建模，得到精確的三維模型。 6.2齒輪參數(shù)化模型

54、建立 齒輪的參數(shù)化模型就是只需輸入斜齒輪的關(guān)鍵參數(shù)就可以生成齒輪的三維實(shí)體模型。因此，在構(gòu)造齒輪造型前，需要確定哪些是關(guān)鍵的參數(shù)，以及齒輪模型各部分輪廓尺寸與這些參數(shù)的關(guān)系與方程。 6.2.1設(shè)置參數(shù)與數(shù)學(xué)關(guān)系式 齒輪輪齒部分是齒輪類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部分，也是齒輪類零件中關(guān)鍵的部分。漸開線變位齒輪的幾何尺寸主要取決于以下幾個(gè)參數(shù)：齒數(shù)、模數(shù)、分度圓壓力角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、螺旋角、齒寬、變位系數(shù)。選擇菜單欄中工具>程序，彈出菜單，選擇編輯設(shè)計(jì)，這時(shí)會(huì)彈出記事本文件，對(duì)記事本文件中的“INPUT”到“ENDINPUT”進(jìn)行編輯。記事中的MN表示定義的模數(shù)參數(shù)名，NUM

55、BER表示參數(shù)值的類型?！罢?qǐng)輸入齒輪的法向模數(shù)”是提示欄。在定義完這些參數(shù)后需要給各個(gè)參數(shù)輸入一個(gè)初始值。 定義完參數(shù)后，還需要通過這些參數(shù)來定義其它相關(guān)尺寸。同樣事本中，在“RELATIONS”“ENDRELATIONS”設(shè)置基圓直徑、節(jié)圓直徑等的表達(dá)關(guān)系式。 6.2.2構(gòu)造齒廓 直線上一點(diǎn)K的軌跡稱為該圓的漸開線，該圓稱為漸開線的基圓。直線稱為漸開線的發(fā)生線，漸開線的生成原理如圖所示。以基圓圓心為原點(diǎn)，漸開線的起始點(diǎn)A與圓心的連線為x軸，與其垂直的方向?yàn)閅軸建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)漸開線形成原理推導(dǎo)出漸開線方程。 圖7

56、 圖8直齒齒輪 生成漸開線以后，創(chuàng)建基準(zhǔn)平面，該基準(zhǔn)平面過分度圓上一點(diǎn)以及齒輪中心軸，再將其繞軸線旋轉(zhuǎn)一定角度，以該平面為對(duì)稱面，對(duì)漸開線進(jìn)行鏡像即得齒廓另一側(cè)的曲線，截取齒頂圓以內(nèi)的部分即可獲得完整齒廓。 6.2.3生成齒輪 對(duì)于斜齒輪的精確建模，除了要生成漸開線，還必須生成螺旋線。依掘螺旋線的生成原理，將斜齒輪基圓柱面展開，螺旋線展開成一條直線，斜直線與軸線的夾角就是基圓柱面上的螺旋角，如圖所示。據(jù)此得出螺旋線的參數(shù)方程。另外，在Pro/E環(huán)境F可以通過軸線的水平面上先繪制一斜直線，與軸線成夾角，然后將其投影到基圓柱面上也可作成螺旋線。 圖8齒輪軸

57、 圖9太陽輪 圖10內(nèi)齒輪 圖11行星架 6.3模型裝配 依據(jù)相似原理，設(shè)計(jì)出外齒圈如圖所示。在完成如圖的行星架的設(shè)計(jì)后，可以在Pro／E的裝配界面中利用中心距等關(guān)系及約束定義實(shí)現(xiàn)相關(guān)模型的裝配。一級(jí)行星傳動(dòng)的裝配如圖所示?？偟难b配如圖所示。 圖12圓柱齒輪裝配圖13 圖14行星輪系裝配 圖15總體裝配圖 圖16 圖17 6.4總結(jié) 利用Pro／E的參數(shù)化建模功能，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，基于漸開線形成原理輸入漸開線參數(shù)方程，生成漸開線齒廓曲線。利用螺旋線生成理論，掃面拉伸端面

58、齒廓形成一個(gè)輪齒，最后陣列形成完整齒輪。 結(jié) 論 經(jīng)過了這么長時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，期間還經(jīng)歷了很長時(shí)間的工作培訓(xùn)實(shí)習(xí)，可以說畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間還是耽誤了很多，所以對(duì)于我來說，畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間實(shí)在是少了很多。開始設(shè)計(jì)到現(xiàn)在，其實(shí)自己體會(huì)很深的還是設(shè)計(jì)的難度，這可以說是自己第一次親自的設(shè)計(jì)畫圖等一系列的工作，沒有了以前的同學(xué)合作共同設(shè)計(jì)一項(xiàng)任務(wù)時(shí)的輕松，這個(gè)設(shè)計(jì)還是需要靠自己的勞動(dòng)。 經(jīng)過了這么久，自己還是感覺到在大學(xué)期間學(xué)到的知識(shí)是有多么的少，雖然現(xiàn)在后悔已經(jīng)來不及了，匱乏的基礎(chǔ)知識(shí)還是給自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)增加了很多的不

59、必要的難度，可以看出自己在這個(gè)設(shè)計(jì)上的難度是在一直的增加。 可是，當(dāng)一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)自己算出來，一個(gè)個(gè)的圖自己畫出來的時(shí)候，那時(shí)候的快了才是自己感覺的，別人是替代不了的。 設(shè)計(jì)接近尾聲，只能說，一切的經(jīng)歷真的使自己成長了很多，包括知識(shí)和技能上的成長，還是在人品和素質(zhì)上的提高。這是一個(gè)機(jī)會(huì)，一輩子也就這么一次的機(jī)會(huì)，這樣的機(jī)會(huì)很難得，所以大家還是要珍惜，珍惜大學(xué)生活珍惜這樣的機(jī)會(huì)。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，意味著大學(xué)學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，更意味著一個(gè)新的生活即將開始。大學(xué)生活是美好的，畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年中

60、最具有意義的一項(xiàng)實(shí)踐性學(xué)習(xí)活動(dòng)，不僅給予了我們一次將所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的機(jī)會(huì)，使我們能夠再一次加以鞏固，而且它非常貼近實(shí)際，正所謂“實(shí)踐出真知”。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在蔡老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到最后設(shè)計(jì)的完成，蔡老師都認(rèn)真指導(dǎo)、耐心幫助和嚴(yán)格要求，最終也使我得以完成最后的論文。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，周圍的同學(xué)也給予了我不少的幫助，大家一起研究、學(xué)習(xí)，在輕松地學(xué)習(xí)氛圍下學(xué)習(xí)研究能力得到了一定的提高，也更貼切的體會(huì)到了同學(xué)之間友好互助的情意。 在論文完稿過程中，參考了有關(guān)教科書、資料、手冊(cè)和文章的內(nèi)容，在此向所有參考文獻(xiàn)中的作者致以崇高的敬意和感謝。 最后，特別感謝在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所有關(guān)

61、心我的人，因?yàn)橛辛怂麄兊慕o與我的幫助和支持，才使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 秦大同，王子坤.基于動(dòng)力學(xué)和可靠性的風(fēng)力發(fā)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，7(44)，2008.7:5-6。 [2] 張巍，淺談風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電工，2001，3。 [3] 秦大同，王子坤，基于動(dòng)力學(xué)的風(fēng)力發(fā)電齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，12。 [4] 吳義純，丁明. 基于蒙特卡羅仿真的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)[j]，電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，12。 [5] 饒

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