风力发电增速齿轮箱设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 I 中文 摘要  风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电 增速 齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。  本文 首先，根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性，对其载荷情况进行了分析研究 ， 确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案，通过计算，确定各级传动的齿轮参数。其次，对行星齿轮传动进行 受力分析，得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。最后，绘制 配图，并构建 了  的三维模型 。  关键词： 风电   增速 齿轮箱   设计   校核需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 he of to of is of by of of is W on of it is to on of W of in to of In to of of is of is at of of is to AD is D  is  要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5   录  中文摘要  . I .  绪论  . 1 题背景及意义  . 1 电齿轮箱国内外现状  . 1 电齿轮箱国内外发展现状  . 1 国风电齿轮箱设计制造技术现状  . 2 2 总体方案的确定  . 3 计要求及参数选择  . 3 计要求  . 3 数选择  . 3 案选择  . 3 案论述  . 3 案确定  . 5 3 齿轮设计与校核  . 6 一级行星轮系传动设计与校核  . 6 轮基本参数计算  . 6 星轮齿装配条件验算  . 6 星传动齿轮强度校核  . 7 二级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核  . 11 本参数计算  . 11 轮强度校核  . 11 三级平行轴圆柱直齿轮设计与校核  . 14 本参数计算  . 14 轮强度校核  . 15 4 传动轴及轴上零件的设计与校核  . 18 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 星轮心轴的设计与校核  . 18 步确定轴的最小直径  . 18 星轮心轴强度计算  . 18 星轮轴承寿命计算  . 18 柱齿轮传动中间齿轮轴设计  . 19 步确定轴的最小直径  . 19 的结构设计  . 19 柱齿轮传动输出轴的设计  . 21 步确定轴的最小直径  . 21 的结构设计  . 21 入轴连接形式选择及计算  . 23 5 齿轮箱及其他部件的设计  . 25  动齿轮箱箱体设计  . 25 轮箱的密封、润滑、冷却  . 25 轮箱的密封  . 25 轮箱的润滑、冷却  . 26 轮箱的使用安装  . 27 总  结  . 28 参考文献  . 29 致   谢  . 30 需 要 购 买 对 应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 1 1 绪论  题背景及意义  经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。为了解决化石能源的不断消耗对经济可持续发展和环境的影响问题，我国和一些主要发达国家在未来能源规划中，都明确提出了可再生能源发展的具体目标。在国家中长期（ 2006 2020 年）科学和技术发展规划纲要中，将可再生能源规模化利用列为能源可持续发展中的关键科学问题之一。  风力发 电是清洁可再生能源，蕴存量巨大，具有实际开发利用价值。中国水电资源 370 能资源有 250 风能与水能总量旗鼓相当。风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮  箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工 作条件。  开发新能源是国家能源建设实施可持续发展战略的需要，是促进能源结构调整、减少环境污染、推进技术进步的重要手段。风力发电是新能源技术中最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。  电齿轮箱 国内外 现状  电齿轮箱国内外发展现状  风机增速齿轮箱是风力发电整机的配套产品，是风力发电机组中一个重要的机械传动部件，它的重要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，使其得到相应的转速进行发电。风力发电机组通常安装在高山，荒野，海滩，海岛等野外风口处，经常承受无规律的变相变负荷 的风力作用以及强阵风的冲击，并且常年经受酷暑严寒和极端温差的作用，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械产品高得多的要求。  需 要 购 买 对 应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 2 国外兆瓦级风电齿轮箱是随风电机组的开发而发展起来的， 风电齿轮箱制造公司在产品开发过程中采用三维造型设计，有限元分析，动态设计等先进技术，并通过模拟和试验测试对设计方案进行验证。此外，国外通过理论分析及试验测试对风电齿轮箱的运行性能进行了系统的研究，为风电齿轮箱的设计提供了可靠的依据。  国家标准 国际标准 2005 都对风电齿轮箱设计提出了具体的设计规范和要求。尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟，但统计数据表明，齿轮箱出现故障仍然是 M 机故障的最主要原因，约占风机故障总数的 20左右。  由于我国商业化大型风力发电产业起步较晚，技术上较欧美等风能技术发达 国家存在较 大差距。 做 为世界上的风能大国，目前我国大型风力发电机组的开发主要是引进国外成熟的技术，关键就因为我国的设计水平不高。目前我国主要有几家公司制造风电齿轮箱：南京高精齿轮有限公司，重庆齿轮箱有限责任公司，杭州前进齿轮箱集团。   国风电齿轮箱设计制造技术 现状   目前国内已基本掌握了兆瓦以下风电增速箱的设计制造技术国产风电机组的主流机型为 600800增速齿轮箱已在重庆齿轮箱有限责任公司，南京高精齿轮集团有限公司，杭州前进齿轮箱集团有限公司等厂家批量生产。尽管如此我国风电齿轮箱仍是风电设备国产化中的薄弱环节尚不能满足市场需求。  目前国内风电机组的技术引进基本上是以产品生产许可方式进行的从国外引进的只是风力发电机组的集成技术并不包括齿轮箱的设计制造技术。国内风力发电增速齿轮箱的设计基本是参照引进集成技术中的齿轮箱采购规范进行的齿轮箱的结构设计和外联结 尺寸按进口风力发电机组要求进行类比设计。因此国内并未真正引进风电齿轮箱的设计制造技术更谈不上完全掌握先进的设计制造技术。  在风力发电传动装置技术研究方面国内起步较晚基础较薄弱人才匮乏。郑州机械研究所近几年来对国内外风电齿轮箱先进技术进行了跟踪研究并依靠几十年的齿轮传动和强度等专业的成果，经验的积累开发出了全套风力发电传动装置设计分析软件 外郑州机械研究所还开发了基于 智能型 析系统能方便地实现对箱体，行星架，输入轴等重要零部件的有限元分析和优化。  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 3 2 总体 方 案的确定  计要求及参数选择  计要求  综合所学知识，如机械制图、机械设计基础、工程力学、机电一体化设计等相关知识，独立设计风电增速箱结构设计。 主要包含以下内容：  （ 1） 搜集资料，查阅相关文献，拟定增速箱总体方案（不少于 3 种）；  （ 2） 确定增速齿轮箱的整体方案 ；  （ 3） 依据增速箱主要各零件的基本参数和机构形式，进行相关的尺寸计算和校核的计算 ；  （ 4） 绘制总体装配图、拆画主要零部件零件图 ；  （ 5） 进行三维造型制作 。  数选择  根据设计要求本次设计选定基本参数如下：  增 速器齿轮箱的主要设计要求如表 2示。  表 2始设计要求  额定功率  500速比  5272 输出转速  14001600r/入转速  2435r/度圆压力角  20 模数  515 案选择  案论述  风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表 2 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 4 表 2用风力发电机组增速箱的形式和应用  传递形式  传动简图  推荐传动 比  特点及应用  两  级  圆  柱  齿  轮  传  动  展开式  608 21i 齿轮箱对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大刚度。高速级齿轮布置在原理转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形可部分抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均现象，用于载荷比较平缓场合。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿  分流式  608 21i 由于齿轮箱对于轴承对称布置，与 展开式相比载荷沿齿宽分布均匀、轴承受载较均匀，中间轴危险截面上的转矩只相当于轴所传递转矩的一半，适用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿  同轴式  608 21i 对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用  同轴分流式  608 21i 入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只受全部载荷 的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小  对于 瓦级风电齿轮箱，传动比多在 50100 左右，一般有两种传动形式：一级行星 +两级平行轴圆柱齿轮传动，两级行星 +一级平行轴圆柱齿轮传动。相对于平行轴圆柱齿轮传动，行星传动的以下优点：传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，使功率分流；合理使用了内啮合；共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小而；运动平稳、抗冲击和振动能力较强。在具有上述特点和优越性的同时，行星齿轮传动也存在一些缺点：结构形式比定轴齿轮传动复杂；对制造 质量要求高：由于体积小、散热面积小导致油温升高，故要求严格的润滑与冷却装置。这两种行星传动与平行轴传动相混合的传动形式，综合了两者的优点。  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 5 案确定  依据提供的技术数据，经过方案比较，采用一级行星派生型传动，即一级行星传动 +两级平行轴定轴传动。 根据选定的电机的输入速度和经过减速机构减速后的输出速度，确定出这个减速机构的传动比范围。  取输入转速 ： 28 增速机构增速后的输出速度： 1550i                    （ 2 根据减 速装置的用途和工作特点，传动形式定位两级定轴传动 +单级行星传动，行星传动的结构形式确定为：单级 2行星传动机构。确保其稳定性，行星轮数目为 4，其传动比范围为： i 。由此，初定传动比分配情况如下：  第一级定轴传动：  1i =二级定轴传动：  2i =三级行星传动：  3i=虑到 500力发电机 大功率， 要求 结构紧凑、高可靠性等特点，结合中国船级社风力发电机组规范，本文采用的传动形式如图 2 图 2力发电机组增速箱传动简图  增速器传动结构分为三级，第一级为行星轮系，第一级行星架为输入端，由第一级太阳轮传递至第二级斜齿圆柱齿轮平行轴轮系传动；第三级采用直齿轮平行轴轮系传动，直接与电机相联。  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 6 3 齿轮 设计 与校核  一级行星轮系传动设计 与校核  轮基本参数 计算  根据初定条件                 即 CZ a              （ 3 尽可能取质数， 24则 31C  1 6 6 3 计算   100)1(                 （ 3 计算并初选   38)(21                      （ 3 初选 27预计啮合角 2020  星轮齿装配条件 验算  （ 1） 同心条件  为了保证中心轮和行星架轴线重合，各对啮合齿轮间的中心距必须相等。而对于角度变位传动，应为  tb co s（ 3 2） 装配条件  由于各行星轮必须均布于中心齿轮之间。为此，各齿轮齿数与行星轮个数必须满足装配条件，否则，会出现行星齿轮无法装配的情况。  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 7 单排 2星传动的装配条件为：两中心轮的齿数之和应为行星轮数目的整数倍。  即                     Z w （整数）                   （ 3 （ 3） 邻接条件  保证相邻两行星轮的齿顶不相碰  即                       1803 根据以上条件，初选模数为 10照技术要求查阅相关手册，确定第一级行星轮系具体参数如表 3 表 3一级行星轮系参数  齿数  模数  变位系数  齿顶圆  齿根圆  分度圆  螺旋角  第一级  中心轮  24 10 0 260 215 240 0 行星轮  38 10 0 400 355 380 0 内齿圈  100 10 0 980 1025 1000 0 星传动齿轮强度校核  在行星轮系传动中，太阳轮与行星轮间接触 强度最大，故只需验证该啮合副齿轮接触强度即可。根据中国船级社风力发电机组规范，对各级行星轮系进行强度校核。  （ 1）太阳轮与行星轮外啮合接触强度及弯曲强度校核  太阳轮 a 和行星轮 c 的材料选用 20碳淬火，齿面硬度 56 60阅手册，选取 50080入轴转矩   0095509550)(2         （ 4 太阳轮输入转矩为                  （ 4 太阳轮轮齿上的转矩为  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 8  9 143 4 0 5 pp 4中  行星轮个数， ；  太阳轮浮动时载荷分配的不均衡系数， 手册选取齿宽系数 83.0d  计算齿宽为               （ 4 取 2002 B   2051 B  各系数的确定如下：  使用系数 K  动载系数为  2221      （ 4 式中  v 小齿轮 1z 的速度， m /    4 接触强度计算时的齿向载荷分布系数为  (1                             （ 4 弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数为  ( K                           （ 4 齿轮间载荷分布系数为  1 K                                           （ 4 则综合系数为              （ 4             （ 4 齿面接触应力为  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 9 0 4 4 M P （ 4 式中   钢制齿轮的弹性系数， 2N /m Z               （ 4  节点区域影响系数， Z                        （ 4 Z 螺旋角 系数， 1 Z                        （ 4 Z 重合度系数，   Z          （ 4 (为 241 Z 与 2Z 38 的重合度， )圆周力，  5 9 22409 7 9 12 0 0 02 0 0 03 d TF t            （ 4 齿面许用接触应力为  M P  8 011 5 0 i m    （ 4 接触强度的安全系数为                      （ 4 式中  润滑系数， 2 01 1 21( 1 21(4 速度系数，   （ 4  粗糙度系数，  (   （ 4 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 10 工作硬化系数， 1  接触强度计算时的尺寸系数， nX     （ 4 太阳轮齿根弯曲应力为  M P   5 9 （ 4中  Y 重合度系数， 2 Y  （ 4 Y 螺旋角系数， 11201 Y                         （ 4 齿形系数，   齿根许用弯曲应力为  M P  6M P   l i m r e e      （ 4根弯曲强度的安全系数为                    （ 4 2）行星轮与内齿圈弯曲强度校核  内齿轮的材料选用 42质，齿面硬度 60，查手册，选取  2020齿轮齿根弯曲应力为  M P  （ 4根许用弯曲应力为  M P  8M P   l i m r e e      （ 4要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 11 齿根弯曲强度的安全系数为                       （ 4 二级平行轴圆柱斜齿轮设计 与校核  本参数计算  齿数分配如下：  221  具体参数如表 3 表 3二级平行轴斜齿轮参数  分度圆直径： d ； d  标准中心距： a  轮强度校核  材料选用 20碳淬火，齿面硬度 56 60阅手册，选取  50080入轴转矩  T ， n                   （ 4 查手册选取齿宽系数 1d  计算齿宽为                       （ 4 取 B   B  齿轮  77  05 621              （ 4 齿数  模数  变位系数  齿顶圆  齿根圆  分度圆  螺旋角  第二级  直齿轮一  69 9 0 2 直齿轮二  19 9 0 2 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 12 各系数的确定如下：  使用系数 K  动载系数为  2221  （ 4 式中  v 小齿轮 1z 的速度，  m /         （ 4 接触强度计算时的齿向载荷分布系数为  (1              （ 4 弯曲 强度计算时的齿向载荷分布系数为  ( K             （ 4 齿轮间载荷分布系数为  1 K                          （ 4 齿面接触应力为  1 3 5 2 M P 式中   钢制齿轮的弹性系数， 2N /m Z                  （ 4Z 节点区域影响系数， Z                          （ 4 Z 螺旋角系数， Z                （ 4 Z 重合度系数，   Z ( 为 191 Z 与 2Z 69 的重合度， )                                       （ 4 需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 13 圆周力，  7 2 9  7 72 0 0 02 0 0 02 d TF t           （ 4 齿面许用接触应力为  M P  2 411 5 0 019 4  i m （ 4 接触强度的安全系数为              （ 4 式中  润滑系数， 2 01 1 21( 1 21(4 速度系数，（ 4  粗糙度系数，  ( 工作硬化系数， 1  接触强度计算时的尺寸系数， 0 0   nX 结果计算发现第二级斜齿圆柱齿轮接触强度不够高，应采取变位。为尽可能提 高 齿 轮 的 接 触 强 度 ， 应 按 最 大 啮 合 角 选 取 总 变 位 系 数 x 。由88691921 查变位系数线图得其总变位系数 x 。  分配变位系数 1x 、 2x 。根据传动比由变位系数线图得 x ，                                     （ 4 再次验算齿轮接触强度为  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 14 1 1 8 6 M P 式中   节点区域影响系数， Z  接触强度的安全系数为   8 61 4 2 4                      （ 4 经变位后齿轮接触强度得到明显提高。  第二级齿轮  齿根弯曲应力为  M P  （ 4中Y 重合度系数， o 2 YY 螺旋角系数， Y                        （ 4 齿形系数，   齿根许用弯曲应力为  M P  6M P   l i m r e e   （ 4入齿齿根弯曲强度的安全系数为   26 5 6                    （ 4 三级平行轴圆柱直齿轮设计 与校核  本参数计算  需要购买对应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 15 齿数分配如下：  231 具体参数如表 3 表 3三级平行轴直齿轮参数  齿数  模数  变位系 数  齿顶圆  齿根圆  分度圆  螺旋角  第三级  直齿轮一  65 6 0 402 375 390 0 直齿轮二  22 6 0 144 117 132 0 分度圆直径： 3901 d ； 1322 d  标准中心距： 261a  轮强度校核  材料选用 20碳淬火，齿面硬度 56 60阅手册，选取  50080入轴转矩  T ， n                  （ 4 查手册选取齿宽系数 1d  计算齿宽为   2 21111                  （ 4 取 B   B  小 齿轮受到转矩   74  7721