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摘 要
在風(fēng)力機(jī)的各個(gè)組成部分，變速箱是最高的故障率之一，也是我國(guó)風(fēng)電設(shè)計(jì)水平的主要瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)力機(jī)齒輪箱故障主要集中在齒輪箱的工作壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。齒輪失效是齒輪箱失效的主要原因。因此，高效、可靠的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
本文通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析和研究，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件進(jìn)行了研究。本文提出了一種新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱，由兩個(gè)階段的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和一個(gè)平行軸齒輪組成。在確定傳輸方案后，對(duì)加速器的關(guān)鍵部件進(jìn)行了分析，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。本文設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有輸出功率大、體積小、可靠性高的特性，可為我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)展提供一定的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電，增速器，動(dòng)力學(xué)分析
III
Abstract
In the various components of the wind turbine, the gearbox is one of the highest failure rate, and it is also the main bottleneck of the design level of wind power in China. At present, the domestic wind turbine gear box failure is mainly concentrated in the gear box working life can not reach the design requirements. The failure of gear is the main cause of the failure of the gear box. Therefore, the design of efficient and reliable gear transmission system is the key to the development of wind power industry in China.
In this paper, through the analysis and research of the wind turbine drive system, according to the current research situation at home and abroad, the core components of wind turbine. This paper presents a new type of wind turbine gear box, composed of two stage planetary gear train and a parallel shaft gear. After the transmission scheme is determined, the analysis of key components of the accelerator and the dynamic analysis of the whole system are carried out. In this paper, the design of wind turbine generator with high output power, small size, high reliability, can provide some basis for the development of China's wind turbine independent intellectual property rights.
Key Words：Wind power generation, speed increasing device, dynamic analysis
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1 選題的背景、目的和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 2
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展 3
1.3 研究目的與內(nèi)容 4
1.3.1 研究目的 4
1.3.2 研究?jī)?nèi)容 4
第2章 3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì) 5
2.1傳動(dòng)方案確定 5
2.1.1 增速箱設(shè)計(jì)要求及步驟 6
2.1.2 傳動(dòng)方案及運(yùn)動(dòng)原理圖 7
2.2增速器總體設(shè)計(jì) 8
2.2.1 第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8
2.2.2 第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
2.2.3 第三級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11
2.2.4 行星齒輪具體結(jié)構(gòu)確定 12
2.3材料選擇及強(qiáng)度校核 13
2.3.1 行星傳動(dòng)強(qiáng)度校核 13
2.3.2 圓柱齒輪強(qiáng)度校核 15
2.4主要構(gòu)件設(shè)計(jì)選用與計(jì)算 16
2.4.1 行星輪心軸的設(shè)計(jì)與校核 16
2.4.2 圓柱齒輪傳動(dòng)輸出軸設(shè)計(jì) 17
2.4.3 浮動(dòng)齒式聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 19
2.4.4 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
2.4.5輸入軸連接形式選擇計(jì)算 21
第3章 齒輪箱密封、潤(rùn)滑及冷卻 23
3.1 齒輪箱的密封 23
3.2 齒輪箱的潤(rùn)滑、冷卻 23
第4章 基于SolidWorks的齒輪箱建模 25
4.1 齒輪參數(shù)化建模概述 25
4.2 輸入軸建模概述 26
4.4 端蓋建模 27
4.5 箱體建模 28
4.6 軸承建模 29
第5章 風(fēng)電齒輪箱的裝配 30
5.1 基于SolidWorks的齒輪箱裝配 30
5.2齒輪箱二維裝配圖 31
第6章 結(jié)論 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 35
第1章 緒論
1.1 選題的背景、目的和意義
經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)國(guó)家現(xiàn)代化目標(biāo)的必要條件。為了解決化石能源將繼續(xù)消耗對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的影響，中國(guó)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家在未來(lái)的能源規(guī)劃，明確提出了可再生能源發(fā)展的具體目標(biāo)。在“國(guó)家中長(zhǎng)期（2020 - 2006）”科技發(fā)展規(guī)劃中，可再生能源的利用規(guī)模成為能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。中國(guó)可再生能源法，2005日頒布，進(jìn)一步明確了可再生能源的戰(zhàn)略地位，包括風(fēng)能，可再生能源的發(fā)展提供法律保障。
風(fēng)能是取之不盡的可再生能源。相比風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能，地?zé)崮?，潮汐能，氫氣和可燃冰新能源發(fā)電，快速發(fā)展，技術(shù)成熟，將成為第二十一個(gè)世紀(jì)的主要綠色電力。到2008年底，全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量已超過(guò)1億千瓦，近幾年中國(guó)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總裝機(jī)容量也達(dá)到1200萬(wàn)千瓦。根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在2005個(gè)計(jì)劃，由2020，全國(guó)總裝機(jī)風(fēng)力發(fā)電能力將達(dá)到3000萬(wàn)千瓦。
中國(guó)的風(fēng)能資源豐富，陸地和海上風(fēng)力資源超過(guò)15億千瓦。其中，土地10米的高度，風(fēng)力資源2億5300萬(wàn)千瓦；路的100米的高度，可以利用約700萬(wàn)千瓦風(fēng)力發(fā)電。海洋開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能蘊(yùn)藏量。因此，風(fēng)能的大規(guī)模使用是國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展的主要需求。
雖然中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展如此迅速，但其生產(chǎn)設(shè)備長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自主開(kāi)發(fā)仍相對(duì)落后，特別是核心技術(shù)的發(fā)電機(jī)組基本上屬于空白。大型風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)的生產(chǎn)單位是外國(guó)設(shè)備的基本介紹，部分國(guó)內(nèi)單位主要采取的外國(guó)產(chǎn)品的模仿，核心技術(shù)仍然是空白，水平設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，不被提及的相同的呼吸。不同地區(qū)的風(fēng)力條件存在很大的差異，這也造成了風(fēng)機(jī)“水土不服”的模仿，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)和使用要求。因此僅靠模仿并不能解決我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀水平差，必須以提高中國(guó)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)和研究水平為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)力發(fā)電核心設(shè)備，突破我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)走上健康發(fā)展之路。
水平軸風(fēng)力機(jī)有多種形式，圖1-1是一個(gè)典型的水平軸風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)。這里所稱(chēng)的典型結(jié)構(gòu)和目前所采用的風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，主要組成部分的風(fēng)輪，偏航系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)裝置，發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)室和塔從它的主要組成，也需要相應(yīng)的操作控制，安全和電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
圖1-1 一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的典型結(jié)構(gòu)
1—主機(jī)架 2—偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 3—風(fēng)輪軸 4—風(fēng)輪葉片 5—輪轂 6—變漿距機(jī)構(gòu)
7—風(fēng)輪主軸承8—齒輪箱 9—制動(dòng)裝置 10—高速軸 11—發(fā)電機(jī) 12—測(cè)風(fēng)裝置
13—液壓系統(tǒng) 14—電氣控制系統(tǒng)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障率最高。在中國(guó)，齒輪箱的風(fēng)損率高達(dá)40%至50%，極少數(shù)品牌單位齒輪箱的變化率幾乎為100%；外國(guó)故障統(tǒng)計(jì)的主要部件風(fēng)力渦輪機(jī)，齒輪箱故障率高，如圖1 1 2是外國(guó)的風(fēng)電機(jī)組，主要組成部分故障率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。據(jù)納瓦拉，西班牙水電能源集團(tuán)公司在最近幾年的風(fēng)力渦輪機(jī)的主要組成部分故障：齒輪箱，發(fā)電機(jī)，葉片故障主要是由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障，齒輪箱故障率逐年增加，故障%的比例已超過(guò)60%是單位故障率最高的部分。
圖1-2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要部件故障百分率
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展
進(jìn)入第二十一個(gè)世紀(jì)后，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)得到了迅速發(fā)展。早在2004年初，美國(guó)取得了風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)的普遍應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量已超過(guò)6740mw，可以達(dá)到20%的電力消費(fèi)的一般要求。而風(fēng)力發(fā)電在加拿大風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的速度也比較豐富，風(fēng)力發(fā)電已成為其能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。2015，加拿大的風(fēng)力發(fā)電能力將達(dá)到4700mw。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電-德國(guó)、西班牙、荷蘭等國(guó)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展也以驚人的速度增長(zhǎng)。作為我們的鄰居和主要經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，印度在風(fēng)電領(lǐng)域在我國(guó)的前面。短短的二十年后，印度的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)，迅速成為世界風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用范圍廣泛的國(guó)家之一。
經(jīng)過(guò)近50年的研究和發(fā)展，由100風(fēng)力發(fā)電千瓦到兆瓦級(jí)甚至十兆瓦的發(fā)展，大大提高了單位面積的發(fā)電能力，大大提高了風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)逐漸形成了水平軸，典型設(shè)計(jì)形式三葉，風(fēng)，鋼管塔。目前，全球風(fēng)電設(shè)備市場(chǎng)，1以上的~ 3MW額定功率的主流模式。主風(fēng)機(jī)主單元設(shè)計(jì)采用變速變槳距運(yùn)動(dòng)方式，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比用于驅(qū)動(dòng)齒輪箱。同時(shí)，直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)的齒輪箱在市場(chǎng)上也越來(lái)越受到重視?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要發(fā)展方向是光、高效率、高可靠性和高功率。為了提高風(fēng)力機(jī)的可靠性，齒輪箱一直是許多國(guó)家最重要的研究課題之一。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展
我國(guó)幅員遼闊，風(fēng)能儲(chǔ)量驚人，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的前提條件是大。目前，中國(guó)的新能源的應(yīng)用主要是基于水和電，但與水電儲(chǔ)量相比，中國(guó)的風(fēng)能儲(chǔ)量不差。據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)各類(lèi)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)10億千瓦，遠(yuǎn)大于歐美風(fēng)電，所以我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)自然優(yōu)勢(shì)。但由于技術(shù)的局限性，我國(guó)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用前期以分散、小規(guī)模試驗(yàn)和示范為主，20世紀(jì)90年代大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)始建設(shè)，廣泛應(yīng)用于。
近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步具備了1.5 ~ 3MW大型風(fēng)電機(jī)組制造能力。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要部件，如葉片，電動(dòng)控制系統(tǒng)，齒輪箱，發(fā)電機(jī)，偏航系統(tǒng)等設(shè)計(jì)和制造能力也大大提高。通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和消化，中國(guó)已經(jīng)形成了以風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)為代表的風(fēng)電設(shè)備行業(yè)，有0.75 ~ 1.5MW風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的生產(chǎn)能力，并建立了一個(gè)完整的相對(duì)穩(wěn)定和可靠的產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)新的風(fēng)力渦輪機(jī)的2008，市場(chǎng)份額的設(shè)備在國(guó)內(nèi)資本和合資風(fēng)力渦輪機(jī)制造商已經(jīng)達(dá)到70%以上，并具有一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
雖然在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的增長(zhǎng)是非常可喜的，但由于中國(guó)風(fēng)電設(shè)備行業(yè)起步較晚，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論和技術(shù)研究是不夠的，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和規(guī)模和世界風(fēng)力發(fā)電相比差距仍然是非常明顯的，與中國(guó)的巨大風(fēng)力能源儲(chǔ)存能力不匹配。其根本原因是風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的研究遇到了“瓶頸”，如高功率齒輪箱設(shè)計(jì)、軸承設(shè)計(jì)等都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速、健康發(fā)展的目標(biāo)，建立完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和故障分析系統(tǒng)，并放棄簡(jiǎn)單的模仿，真正掌握核心部件的設(shè)計(jì)方法將是我們下一步工作的重中之重。
1.3 研究目的與內(nèi)容
1.3.1 研究目的
在風(fēng)力渦輪機(jī)的每一個(gè)部分，齒輪箱是最高的故障率之一。這也是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的主要瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)力機(jī)齒輪箱故障主要集中在齒輪箱的工作壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。齒輪失效是齒輪箱失效的主要原因。因此，齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)已成為風(fēng)力機(jī)制造的關(guān)鍵。
本文以3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，通過(guò)一種新型多級(jí)混合式增速器的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)，并對(duì)主要零部件進(jìn)行受力分析、計(jì)算與校核。為打破國(guó)外壟斷，實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)化貢獻(xiàn)綿薄之力。
1.3.2 研究?jī)?nèi)容
本文的主要研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面：
(1) 3MW風(fēng)力發(fā)電組增速器的設(shè)計(jì)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本工作原理是風(fēng)力推動(dòng)葉輪產(chǎn)生動(dòng)力和相應(yīng)轉(zhuǎn)速，再由增速器傳遞給發(fā)電機(jī)并使其產(chǎn)生電能。本文結(jié)合CAD設(shè)計(jì)方法，對(duì)增速器箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，對(duì)船東類(lèi)型采用一種新型混合式傳動(dòng)。由兩級(jí)行星輪系和一級(jí)平行軸輪系組成，齒輪箱結(jié)構(gòu)安全可靠，符合中國(guó)船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 危險(xiǎn)零部件應(yīng)力分析
針對(duì)增速器中齒輪、齒輪軸等危險(xiǎn)部件進(jìn)行受力分析和計(jì)算，校核其強(qiáng)度，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠。
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第2章 3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì)
傳動(dòng)是大多數(shù)機(jī)床的主要部件。確定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是決定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否合理，傳動(dòng)部分和傳動(dòng)裝置是否合理，制造和裝配質(zhì)量符合要求。變速器可以分為三種類(lèi)型，即機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和變速器。根據(jù)其工作原理，將機(jī)械傳動(dòng)分為嚙合傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)，分為四種傳動(dòng)鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)。根據(jù)風(fēng)力機(jī)的特性和工作環(huán)境的要求，對(duì)齒輪傳動(dòng)的一般選擇。
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、最廣泛的一種傳動(dòng)裝置。其主要優(yōu)點(diǎn)是瞬時(shí)傳動(dòng)比是恒定的，可靠性高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動(dòng)分為三種類(lèi)型，開(kāi)、半開(kāi)閉。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，一般采用封閉式傳動(dòng)，滿(mǎn)足潤(rùn)滑要求。
該裝置是安裝在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)獨(dú)立的封閉驅(qū)動(dòng)裝置，用于增加速度應(yīng)相應(yīng)減少轉(zhuǎn)矩。加速器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，它承載著轉(zhuǎn)速、改變運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分布功能?？紤]到風(fēng)電傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的特點(diǎn)，本文采用兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)加一級(jí)平行軸斜齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。
2.1傳動(dòng)方案確定
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的風(fēng)電齒輪箱可分為平行軸齒輪、行星齒輪箱和平行軸行星齒輪傳動(dòng)裝置，并將其分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的布置可分為開(kāi)型、同軸式和混合式并聯(lián)。
現(xiàn)在市場(chǎng)上的功率為10KW以上變速箱一般采用NGW型行星齒輪傳動(dòng)，由行星架輸入，一個(gè)太陽(yáng)輪輸出，主要特點(diǎn)是：（1）行星架和太陽(yáng)輪浮動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很好的實(shí)現(xiàn)了均布荷載。（2）作為輸入軸，其與大風(fēng)力發(fā)電機(jī)和大扭矩的特性相一致。缺點(diǎn)是功率太小，經(jīng)濟(jì)效益差，資源利用率低。
500kw以上的風(fēng)電增速箱常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有：兩級(jí)平行軸加一級(jí)行星和一級(jí)平行軸加兩級(jí)級(jí)行星傳動(dòng)兩種形式。本文采用的是平行軸與行星輪系混合式齒輪箱。
圖2.1 齒輪箱常見(jiàn)傳動(dòng)形式
2.1.1 增速箱設(shè)計(jì)要求及步驟
增速器齒輪箱的主要設(shè)計(jì)要求如表2.1所示。
表2.1原始設(shè)計(jì)要求
額定功率
3330KW
增速比
92.05
輸出轉(zhuǎn)速
1480r/min
輸入轉(zhuǎn)速
16r/min
分度圓壓力角
20°
增速器設(shè)計(jì)步驟：
(1)根據(jù)傳動(dòng)裝置的使用要求及工作特點(diǎn)確定傳動(dòng)形式為行星齒輪傳動(dòng)。
(2)確定行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式和選擇傳動(dòng)方案。
(3)根據(jù)選定的電機(jī)的輸入速度和經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速后的輸出速度，確定出這個(gè)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比范圍。
根據(jù)減速裝置的用途和工作特點(diǎn)，行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式確定為：?jiǎn)渭?jí)2K-H(NGW型)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。確保其穩(wěn)定性，行星輪數(shù)目為3，其傳動(dòng)比范圍為：。由此，初分配行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中行星輪級(jí)數(shù)。
根據(jù)工作條件需要，行星輪與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)之間需要留出足夠的位置便于安放電機(jī)，并使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，電機(jī)與行星輪之間采用斜齒圓柱齒輪連接。行星輪機(jī)構(gòu)初定為2級(jí)，每級(jí)傳動(dòng)比分配情況如下：
第一級(jí)：
第二級(jí)：
第三級(jí)：
2.1.2 傳動(dòng)方案及運(yùn)動(dòng)原理圖
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的增速箱主要采用2K-H型行星傳動(dòng)，行星架為輸入端，太陽(yáng)輪為輸入端。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）行星架的焊接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕。
（2）采用系外行星齒輪傳動(dòng)，剛性好，符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特性，大扭矩。
（3）高速、低速水平采用行星架和浮的太陽(yáng)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，并具有良好的效果。
缺點(diǎn)：功率太小，不適合大風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)；儲(chǔ)能裝置是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)?？紤]到兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)的功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和其他特點(diǎn)，結(jié)合中國(guó)船級(jí)社風(fēng)機(jī)規(guī)范，采用變速器形式如圖2.2所示。
圖2.2 兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電增速箱運(yùn)動(dòng)原理圖
一個(gè)增速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為三級(jí)，第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，第一級(jí)行星架作為輸入，通過(guò)第一太陽(yáng)輪傳遞到行星架，第二太陽(yáng)輪輸出；圓柱齒輪平行軸齒輪傳動(dòng)第三級(jí)直接與電機(jī)聯(lián)接。此傳輸方案有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）行星傳動(dòng)水平低，效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)功率大范圍大，功率分流成功實(shí)施，小軸向尺寸的行星輪浮動(dòng)，負(fù)載分擔(dān)效果良好，實(shí)現(xiàn)了大傳動(dòng)比；
（2）高速平行斜齒輪傳動(dòng)，合理分配傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)輸出，減少振動(dòng)。
2.2增速器總體設(shè)計(jì)
2.2.1 第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)
(1)計(jì)算齒輪基本參數(shù)
根據(jù)初定條件：
，即
盡可能取質(zhì)數(shù)，，則
計(jì)算：
計(jì)算并初選：
初選
預(yù)計(jì)嚙合角及：
選，
(2) 校驗(yàn)行星輪齒裝配條件：
1)同心條件
為了保證中心輪和行星架軸線(xiàn)重合，各對(duì)嚙合齒輪問(wèn)的中心距必須相等。而對(duì)于角度變位傳動(dòng)，應(yīng)為
2)裝配條件
由于各行星輪必須均布于中心齒輪之間。為此，各齒輪齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)必須滿(mǎn)足裝配條件，否則，會(huì)出現(xiàn)行星齒輪無(wú)法裝配的情況。
單排2K-H行星傳動(dòng)的裝配條件為：兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。
即 (整數(shù))
3)鄰接條件
保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰
即
根據(jù)以上條件，初選模數(shù)為18mm，按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè)，確定第一級(jí)行星輪系具體參數(shù)如表2.2。
表2.2 第一級(jí)行星輪系參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
變位系數(shù)
齒頂圓
齒根圓
分度圓
螺旋角
第一級(jí)
中心輪
15
18
0.35
318.6
237.6
280
0
行星輪
27
18
-0.35
509.4
428.4
486
0
內(nèi)齒圈
69
18
-0.35
1203.975
1274.4
1242
0
2.2.2 第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)
(1)計(jì)算齒輪基本參數(shù)
根據(jù)初定條件
即
盡可能取質(zhì)數(shù)取，則C=36
計(jì)算：
計(jì)算并初選：
初選
預(yù)計(jì)嚙合角及：
選。。
(2)校驗(yàn)行星輪齒裝配條件：
1)同心條件
左邊=
右邊=
左邊=右邊，滿(mǎn)足同心條件。
2)裝配條件
(整數(shù))
為整數(shù)
滿(mǎn)足裝配條件
3)鄰接條件
齒高變動(dòng)系數(shù)
齒頂圓直徑
滿(mǎn)足鄰接條件
根據(jù)以上條件，初選模數(shù)為14mm，按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè)，確定第二級(jí)行星輪系具體參數(shù)如表2.3。
表2.3第二級(jí)行星輪系參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
變位系數(shù)
齒頂圓
齒根圓
分度圓
螺旋角
第二級(jí)
中心輪
20
14
0.35
317.8
254.8
280
0
行星輪
34
14
-0.35
494.2
431.2
476
0
內(nèi)齒圈
88
14
0.35
1202.45
1257.2
1232
0
2.2.3 第三級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
齒數(shù)分配如下：，
具體參數(shù)如表2.4。
表2.4第三級(jí)平行軸斜齒輪參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
變位系數(shù)
齒頂圓
齒根圓
分度圓
螺旋角
第三級(jí)
斜齒輪一
68
5.5
0
401.4948
376.7448
390.4968
斜齒輪二
23
5.5
0
139.7458
122.4858
132.0791
端面模數(shù)：
分度圓直徑：，
標(biāo)準(zhǔn)中心距：
2.2.4 行星齒輪具體結(jié)構(gòu)確定
(1) 太陽(yáng)輪的結(jié)構(gòu)
為便于軸和齒輪連接。在本文中，太陽(yáng)輪使齒輪軸，和鼓的漸開(kāi)線(xiàn)花鍵實(shí)現(xiàn)和一個(gè)行星框架連接，將使中心圓一個(gè)輕微的擺動(dòng)在一定范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)均勻負(fù)載。如圖2.2。
圖2.2 太陽(yáng)輪結(jié)構(gòu)
(2) 行星輪的結(jié)構(gòu)
由于風(fēng)力機(jī)的驅(qū)動(dòng)力比較大，軸承是安裝在行星齒輪軸的孔中，從而減小了傳動(dòng)軸的軸向尺寸，并簡(jiǎn)化了裝配結(jié)構(gòu)。當(dāng)一般壁厚度(m為模數(shù))時(shí)，為了提高軸的承載能力，將兩者之間的距離在行星輪上的距離應(yīng)是最大的，這樣的載荷可以均勻地分布沿齒寬方向。一個(gè)雙列調(diào)心滾柱軸承行星齒輪孔也可以減少沿齒寬不均勻分布載荷。由于行星輪負(fù)荷較大，在本文中，兩個(gè)雙列調(diào)心滾子軸承的安裝，行星輪的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。
圖2.3 行星輪結(jié)構(gòu)
(3)行星架的結(jié)構(gòu)
行星架是行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。常用的行星齒輪有雙臂和手臂的整體分離和單臂三型。在鑄造、鍛造和焊接方法中都是空白的。在本文中，雙橫臂的使用，粗選ZG340-640鑄鋼材料，這種結(jié)構(gòu)具有良好的剛度。
2.3材料選擇及強(qiáng)度校核
由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有惡劣的工作環(huán)境和復(fù)雜的負(fù)載條件。因此，與一般的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，除了滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度的要求外，還要滿(mǎn)足一些機(jī)械性能的極端溫度條件，如低溫脆性、低膨脹和收縮率等。的傳動(dòng)部件，一般不采用分體式結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯盡可能的輻條輪輞實(shí)心鍛造形式提高承載能力。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造毛坯，取得了良好的力學(xué)性能。表2.5列出本文所設(shè)計(jì)的增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能。
表2.5 各傳動(dòng)部件材料及力學(xué)性能
傳動(dòng)件
材料
熱處理
接觸強(qiáng)度
彎曲強(qiáng)度
加工精度
太陽(yáng)輪
20CrMnTi
滲碳淬火，齒面硬度56~60HRC
1500
480
磨齒5級(jí)
行星輪
內(nèi)齒圈
42CrMo
調(diào)質(zhì)、齒面硬度HBS≥260
720
320
插齒6級(jí)
斜齒輪
20CrMnTi
滲碳淬火，齒面硬度56~60HRC
1500
480
磨齒5級(jí)
2.3.1 行星傳動(dòng)強(qiáng)度校核
在行星輪系傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪與行星輪間接觸強(qiáng)度最大，故只需驗(yàn)證該嚙合副齒輪接觸強(qiáng)度即可。根據(jù)中國(guó)船級(jí)社風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范，對(duì)各級(jí)行星輪系進(jìn)行強(qiáng)度校核。
(1)第一級(jí)行星輪系
1)太陽(yáng)輪與行星輪外嚙合接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度校核：
太陽(yáng)輪a和行星輪c的材料選用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56～60HRC，查閱手冊(cè)，選取。
，查手冊(cè)得：
查手冊(cè)得：
輸入軸轉(zhuǎn)矩，
太陽(yáng)輪a受到轉(zhuǎn)矩：
行星輪c轉(zhuǎn)矩：
齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
太陽(yáng)輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
行星輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
2)行星輪與內(nèi)齒圈彎曲強(qiáng)度校核：
內(nèi)齒輪的材料選用42CrMo，調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS>260，查手冊(cè)，選取。
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
(2)第二級(jí)行星齒輪
1)太陽(yáng)輪與行星輪外嚙合接觸強(qiáng)度校核：
太陽(yáng)輪a和行星輪c的材料選用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56～60HRC，查圖，選取。。參數(shù)選擇方法與第一級(jí)類(lèi)似。
齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
太陽(yáng)輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
行星輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
2)行星輪與內(nèi)齒圈彎曲強(qiáng)度校核：
內(nèi)齒輪的材料選用42CrMo，調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS>260，查手冊(cè)，選取。。
內(nèi)齒圈齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
：
2.3.2 圓柱齒輪強(qiáng)度校核
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56～60HRC，查閱手冊(cè)，選取。
，查手冊(cè)，得
查手冊(cè)
輸入軸轉(zhuǎn)矩，
齒輪受到轉(zhuǎn)矩：
齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
第三級(jí)輸入齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
第三級(jí)輸出齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
由上述校核可知，該傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案基本符合強(qiáng)度要求，切實(shí)可行。該方案選取大齒寬和高等級(jí)制造精度保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，避免了點(diǎn)蝕和膠合等失效情況的出現(xiàn)，選取合適的傳動(dòng)比來(lái)滿(mǎn)足傳動(dòng)要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。
2.4主要構(gòu)件設(shè)計(jì)選用與計(jì)算
2.4.1 行星輪心軸的設(shè)計(jì)與校核
（1） 初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為42CrMo，調(diào)制處理260～290HBS，，。取，于是得
為了與軸承相適應(yīng)，故需同時(shí)選取軸承型號(hào)。
因軸承主要承受徑向載荷，且行星輪軸線(xiàn)在傳動(dòng)中要保持與太陽(yáng)輪良好的平行，以避免附加載荷，所以選用調(diào)心滾子軸承，性能、特點(diǎn)與調(diào)心球軸承相同，且具有較大的徑向承載能力。并根據(jù)最小軸徑122.33mm，查機(jī)械手冊(cè)初步選取標(biāo)準(zhǔn)調(diào)心滾子軸承型號(hào)為22326 C/W33。其尺寸為
故最心軸直徑為130mm。
（2） 行星輪心軸強(qiáng)度計(jì)算
作用在心軸上的載荷按均布載荷計(jì)算，則最大彎矩為
心軸的彎曲應(yīng)力為
（3） 行星輪軸承壽命計(jì)算
采用軸承為222326 C/W33，
，
行星架轉(zhuǎn)速為
行星輪絕對(duì)轉(zhuǎn)速為
行星輪相對(duì)行星架的相對(duì)轉(zhuǎn)速為
軸承壽命為
2.4.2 圓柱齒輪傳動(dòng)輸出軸設(shè)計(jì)
（1） 初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為42CrMo，調(diào)制處理260～290HBS，，。取，于是得
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑，為了與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
式中 —工作情況系數(shù)，考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大，選用=2.3。
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊(cè)，選用LZ6 YB80×172型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為8000N·m。半聯(lián)軸器與軸配合榖孔長(zhǎng)度。
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1) 擬定軸上零件的裝配方案
本設(shè)計(jì)的裝配方案在前面已經(jīng)分析，現(xiàn)選用如圖2-5所示的裝配方案
圖2-5 輸出軸的結(jié)構(gòu)與裝配
2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
①為了滿(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，VII—VIII軸段左端需制出一軸肩，故取VI—VII段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=92mm。為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故VII—VIII段的長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。
②初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承主要受徑向力作用，而且要求輸平穩(wěn)，所以選用圓柱滾子軸承和調(diào)心滾子軸承配合。可以承受較大徑向載荷同時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)心，允許內(nèi)圈對(duì)外圈軸線(xiàn)偏斜量≤1.5°~2.5°。參照工作要求并根據(jù)，查機(jī)械手冊(cè)中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列調(diào)心滾子軸承22219 C/W33，其基本尺寸為
，故，而。
右端滾動(dòng)軸承采用軸肩定位。由手冊(cè)上查得22219 C/W33型軸承定位軸肩高度h=6mm，因此，取。
③因?yàn)檩S段III—IV為齒輪軸段，故取。
④取軸段I—II處與軸段VI—VII處相同的軸承直徑，因此，參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓柱滾子軸承NU219E，其基本尺寸為
因此，又根據(jù)軸承安裝尺寸、，選擇II—III段直徑為。
⑤軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端間面間的距離，故取。
⑥取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=20mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s，取s=8mm，已知滾動(dòng)軸承寬度，參考中間軸總長(zhǎng)度，則
至此，已初步確定了輸出軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
3) 軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按，查手冊(cè)得平鍵截面，鍵槽用鍵銑刀加工，長(zhǎng)為140mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
4) 確定軸上圓角和倒角尺寸
參照手冊(cè)，取軸端倒角為2×45°，軸肩處的圓角半徑為R=2mm或R=1.6mm。
2.4.3 浮動(dòng)齒式聯(lián)軸器設(shè)計(jì)
行星齒輪齒輪箱的基本構(gòu)件廣泛采用齒式聯(lián)軸器，以保證基本構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中能夠適當(dāng)?shù)馗?dòng)，補(bǔ)償制造誤差所需的徑向活動(dòng)度。
浮動(dòng)用齒式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
浮動(dòng)用齒式聯(lián)軸器有單齒和雙齒兩種結(jié)構(gòu)。單齒聯(lián)軸器（如圖2-6所示）要有足夠的長(zhǎng)度，否則會(huì)引起齒輪輪齒上的載荷分布系數(shù)增大。
圖2-6 單齒聯(lián)軸器
雙齒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)比單齒復(fù)雜（見(jiàn)圖2-7、圖2-8）但它可以使浮動(dòng)齒輪具有傾斜和徑向平移兩種運(yùn)動(dòng)可能，這有利于減小值。對(duì)傳動(dòng)比較小，太陽(yáng)輪直徑較大的NGW型傳動(dòng)，采用圖2-6a所示的結(jié)構(gòu)比圖6-2b所示的結(jié)構(gòu)更為有利。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)太陽(yáng)輪直徑較大，所以本設(shè)計(jì)采用圖2-7a所示的中心輪浮動(dòng)用雙齒聯(lián)軸器，其中輸入端齒就是太陽(yáng)輪。
圖2-7 中心輪浮動(dòng)用雙齒聯(lián)軸器 圖2-8 內(nèi)齒輪浮動(dòng)用雙齒聯(lián)軸器
聯(lián)軸器及被浮動(dòng)件的軸向定位，通常采用圓形截面（見(jiàn)圖2-8）或矩形截面（見(jiàn)圖2-6）的彈性擋圈，也可采用球面頂塊定位（見(jiàn)圖2-7b）。本設(shè)計(jì)采用一根空心軸定心，可以有效防止工作時(shí)因載荷變化造成傳動(dòng)中聯(lián)軸器的傾斜角過(guò)大，而增大齒面磨損和減少使用壽命。
為了保證構(gòu)件浮動(dòng)的自由度，擋圈與齒輪間需留有一定間隙，這個(gè)間隙常取為。
浮動(dòng)用齒式聯(lián)軸器，按其外齒軸套的輪齒在齒寬方向的截面形狀，又有直齒和鼓形齒之分。其中直齒加工簡(jiǎn)單，但允許傾斜角小，一般不大于30′，工作時(shí)容易產(chǎn)生輪齒的端部受載，齒面磨損大，強(qiáng)度和壽命較低。
鼓形齒的允許傾斜角較大，一般可達(dá)2°左右，其輪齒的受力情況好，浮動(dòng)靈敏，強(qiáng)度和壽命均較直齒的有所提高。所以本設(shè)計(jì)采用鼓形齒。
2.4.4 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過(guò)前面齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，已確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，現(xiàn)對(duì)齒輪的齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由于大齒輪1的齒頂圓直徑，所以大齒輪1做成輪輻面為“十”字形的輪輻式結(jié)構(gòu)。齒輪的主要尺寸見(jiàn)零件圖。
由于大齒輪2的齒頂圓直徑，故大齒輪2選用腹板式結(jié)構(gòu)，齒輪的主要尺寸見(jiàn)零件圖。
2.4.5輸入軸連接形式選擇計(jì)算
考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入軸的安裝和拆卸麻煩，并且受重在沖擊，所以輸入軸采用脹緊連接。
脹緊連接的主要用途是代替單鍵和花鍵的連接作用，以實(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的連接，用以負(fù)荷，其功能在使用中分脹緊與鎖緊兩大類(lèi)。脹緊套在使用時(shí)通過(guò)高強(qiáng)度螺栓的作用，使內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生巨大的抱緊力，使內(nèi)環(huán)與軸之間產(chǎn)生抱緊，常稱(chēng)作鎖緊盤(pán)或鎖緊環(huán)，如、型。當(dāng)承受負(fù)荷時(shí)，靠脹緊套與機(jī)件的結(jié)合力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或兩者的復(fù)合載荷。
脹緊連接是一種新型傳動(dòng)連接方式，與一般過(guò)盈連接、有鍵連接相比，有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
1) 使用脹套使主機(jī)零件制造和安裝簡(jiǎn)單。安裝脹套的軸和孔的加工不像過(guò)盈配合那樣要求高精度的制造公差。脹套安裝時(shí)無(wú)需加熱、冷卻或加壓設(shè)備，只需將螺栓按要求的轉(zhuǎn)矩?cái)Q緊即可。且調(diào)整方便，可以將輪轂在軸上方便地調(diào)整到所需位置。脹套也可用來(lái)連接焊接性差的零件。
2) 脹套的使用壽命長(zhǎng)，強(qiáng)度高。脹套依靠摩擦傳動(dòng)，對(duì)被連接件沒(méi)有鍵槽削弱，也無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工作中不會(huì)產(chǎn)生磨損。
3) 脹套連接在超載時(shí)，將失去連接作用，可以保護(hù)設(shè)備不受破壞。
4) 脹套連接可以承受多重負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)可以做成多種式樣。根據(jù)安裝負(fù)荷大小，還可以多個(gè)脹套串聯(lián)使用。
5) 脹套拆卸方便，且具有良好的互換性。由于脹套能把較大配合間隙的軸轂結(jié)合起來(lái)，拆卸時(shí)將螺栓寧松，即可使被連接件容易拆開(kāi)。脹緊時(shí)，接觸面緊密貼合不易銹蝕，也便于拆開(kāi)。
輸入軸最小直徑計(jì)算
選取軸的材料為42CrMo，調(diào)制處理260～290HBS，，。取，于是得
輸入軸轉(zhuǎn)矩為
根據(jù)輸入軸最小直徑和輸入轉(zhuǎn)矩查機(jī)械手冊(cè)選擇 型脹套。其基本尺寸為
第3章 齒輪箱密封、潤(rùn)滑及冷卻
3.1 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。
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(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2~4個(gè)，形成所謂的迷宮，溝槽底部開(kāi)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(pán)，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。
3.2 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輪和軸承祈禱足夠的保護(hù)作用。為此，必須高度重視齒輪箱的潤(rùn)滑問(wèn)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)。齒輪箱常采用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑，一般以強(qiáng)制潤(rùn)滑為多見(jiàn)。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(guò)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，管路上裝有各種監(jiān)控裝置，確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)過(guò)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。此外還應(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傳動(dòng)類(lèi)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，由系統(tǒng)中的溫度傳感器控制，在必要時(shí)通過(guò)電控旁路閥自動(dòng)打開(kāi)冷卻回路，使油液先流經(jīng)散熱器散熱，再進(jìn)入齒輪箱。
第4章 基于SolidWorks的齒輪箱建模
Solidworks是參數(shù)化技術(shù)的先驅(qū)，參數(shù)化是其最突出特點(diǎn)。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)不可替代位置。本論文運(yùn)用solidworks軟件對(duì)齒輪箱各零件進(jìn)行建模，然后進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。其中在對(duì)齒輪及其它標(biāo)準(zhǔn)件的建模時(shí)通過(guò)solidworks軟件的數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)輸入各零件的參數(shù)完成對(duì)零件的建模。通過(guò)solidworks的建模清楚、形象、直觀地表達(dá)齒輪箱各部分的特點(diǎn)[15]。
4.1 齒輪參數(shù)化建模概述
行星齒輪也為漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，輸入已經(jīng)計(jì)算好的齒輪各參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬、齒頂高系數(shù)、頂系系數(shù)和變位系數(shù)）生成齒輪，通過(guò)“拉伸”命令生成齒輪輪轂和鍵槽孔。齒輪的三維模型如圖所示。
圖4.1 行星輪模型
圖4.2 內(nèi)齒圈模型
圖4.3 太陽(yáng)輪模型
4.2 輸入軸建模概述
通過(guò)“旋轉(zhuǎn)”生成部分的軸，然后運(yùn)用“拉伸”命令生成鍵槽等。輸入軸的三維模型如圖4.4所示。
圖4.4 輸入軸模型
4.4 端蓋建模
端蓋分為悶蓋和透蓋，悶蓋用于軸不伸出端面，透蓋用于軸伸出端面。二者的建?；鞠嗤ㄟ^(guò)“旋轉(zhuǎn)”和孔特征命令即可生成。悶蓋的三維建模如圖4.5所示，透蓋的三維建模如圖4.6所示。
圖4.5 悶蓋模型
圖4.6 透蓋模型
4.5 箱體建模
箱體為齒輪箱的支撐部分，起保護(hù)和承載作用，在本設(shè)計(jì)中箱體采用圓柱形。對(duì)箱體的建模相對(duì)復(fù)雜，需通過(guò)“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”命令，再孔特征、筋特征和陣列特征等一系列步驟可生成箱體。箱體的三維模型如圖4.7所示。
圖4.7 箱體模型
4.6 軸承建模
軸承采用分步建模然后在裝配，分別使用“旋轉(zhuǎn)”命令生成軸承內(nèi)圈、外圈和滾子，然后裝配完成軸承的建模，軸承的三維模型如圖4.8所示。
圖4.8 軸承的三維模型
第5章 風(fēng)電齒輪箱的裝配
5.1 基于SolidWorks的齒輪箱裝配
齒輪箱的三維裝配將使設(shè)計(jì)好的各零件的裝配關(guān)系直觀地展現(xiàn)在人們面前，同時(shí)在裝配過(guò)程中可以意識(shí)到設(shè)計(jì)中各個(gè)零部件的尺寸是否正確，外觀是否美觀等。
在solidworks組件壞境下以箱體為載體調(diào)用已完成建模的所有零部件，完成齒輪箱的三維裝配。齒輪箱的三維裝配模型圖如圖5.1所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5.2所示。
圖5.1 風(fēng)電齒輪箱三維模型
圖5.2 風(fēng)電齒輪箱剖面圖
5.2齒輪箱二維裝配圖
AutoCAD是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)，具有完善強(qiáng)大的圖形繪制和編輯能力，其支持多種平臺(tái)、通用性和易用性強(qiáng)的特點(diǎn)在全世界范圍內(nèi)吸引了不少客戶(hù)，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具[16]。本文運(yùn)用AutoCAD繪制齒輪箱裝配圖和主要零件圖。雖然科技進(jìn)步，技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中二維的裝配圖還是畢不可少的?？傃b配圖如圖5.3所示。
圖5.3 齒輪箱二維裝配圖
第6章 結(jié)論
機(jī)械行業(yè)為了提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，機(jī)械設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的人工測(cè)量、構(gòu)想、初步設(shè)計(jì)、人工繪圖進(jìn)入了新的CAD技術(shù)時(shí)代[17]。本文提出了基于solidworks的兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)具體完成了以下工作：
（1）對(duì)增速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出本設(shè)計(jì)的背景和意義。
（2）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)齒輪箱的初期設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，在完成各部件的設(shè)計(jì)的同時(shí)，對(duì)必要的零部件進(jìn)行校核分析。
（3）為了滿(mǎn)足齒輪箱的工作要求，對(duì)齒輪箱的各附件、潤(rùn)滑和密封方式進(jìn)行分析與選擇。
（4）對(duì)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)完成后，運(yùn)用solidworks軟件對(duì)增速箱各零部件進(jìn)行建模、裝配。
（5）運(yùn)用AutoCAD繪制風(fēng)電齒輪箱的總裝配圖和主要零件圖。
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致 謝
感謝X老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，有了X老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我的論文才得以順利完成。老師為我論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見(jiàn)，為論文的撰寫(xiě)、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在本文結(jié)束之際，特向敬愛(ài)的樊老師致以最尊敬的敬禮和深深地感謝！
通過(guò)此次設(shè)計(jì)，一方面讓我認(rèn)識(shí)到只學(xué)習(xí)理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處；另一方面又積累豐富的知識(shí)，吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決能力，摸索出一套解決綜合問(wèn)題的方法，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了自己的動(dòng)手能力。順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，既是對(duì)我大學(xué)所學(xué)課程的一次綜合整理，又使我對(duì)機(jī)電知識(shí)有了更深層次的理解。這些能力的掌握是我步入社會(huì)所必需的。
同時(shí)由衷的感謝在我設(shè)計(jì)過(guò)程中，班級(jí)同學(xué)對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，有了你們的熱心解答，彌補(bǔ)了我的不足，我得以在各方面取得顯著的進(jìn)步。由于初次研究這種復(fù)雜而又綜合的設(shè)計(jì)，過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。