1.5MW风力发电机组BJ1500变桨齿轮箱设计与仿真分析.doc

【JX16-32】1.5MW风力发电机组BJ1500变桨齿轮箱设计与仿真分析(二维+三维+论文)

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【JX16-32】1.5MW风力发电机组BJ1500变桨齿轮箱设计与仿真分析(二维+三维+论文)
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2-行星架-A1.dwg
3-转臂-A3.dwg
4-前端盖-A3.dwg
5-后端盖-A3.dwg
6-齿轮-A3.dwg
7-齿轮轴-A3.dwg
一级太阳轮.SLDPRT
一级箱体.SLDPRT
一级行星架.SLDPRT
一级行星轮.SLDPRT
一级行星轮轴.SLDPRT
三级太阳轮.SLDPRT
三级行星架.SLDPRT
三级行星轮.SLDPRT
三级行星轮轴.SLDPRT
二级太阳轮.SLDPRT
二级箱体.SLDPRT
二级行星架.SLDPRT
二级行星轮.SLDPRT
二级行星轮轴.SLDPRT
变桨减速器总装.SLDASM
变桨减速箱总装图A0.dwg
圆螺母M100.SLDPRT
圆螺母M85.SLDPRT
密封座.SLDPRT
密封座盖.SLDPRT
小齿轮.SLDPRT
电机链接法兰.SLDPRT
端盖.SLDPRT
轴承座.SLDPRT
轴承架.SLDPRT
隔套.SLDPRT
隔套2.SLDPRT
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JX16-32 【JX16-32】1.5MW风力发电机组BJ1500变桨齿轮箱设计与仿真分析二维+三维+论文
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内容简介:
摘 要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣,变桨齿轮箱作为风电机组变桨系统的核心部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内变桨齿轮箱的研究起步较晚,技术薄弱。因此,急需对变桨齿轮箱进行自主开发研究,真正掌握变桨齿轮箱设计制造技术,以实现风机国产化目标。本文设计的是1.5MW风力发电机组变桨系统的减速箱,通过方案的选取,齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。首先,确定齿轮箱的机械结构。选取三级行星传动方案,通过计算,确定各级传动的齿轮参数。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。 关键词: 风力发电,变桨齿轮箱,结构设计 VAbstractThe rapid development of wind power industry has contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry. As the core component of the wind turbine propeller system, the variable propeller gear box has attracted the attention of domestic and foreign wind power industry and research institutions. However, due to the domestic variable propeller gear box research started late, technology is weak. Therefore, it is urgent to carry on the independent development of the pitch gear box, and truly master the design and manufacture technology of the propeller, so as to realize the localization of the wind turbine.This paper is the design of gearbox pitch system of 1.5MW wind turbine, through the selection of scheme, the gear parameter calculation of its support for independent design.First of all, to determine the mechanical structure of the gear box. Select the three planetary transmission scheme, through calculation, to determine the levels of transmission gear parameters. The force analysis of planetary gear transmission, the gear stress results. According to the standard of static strength check, the results meet the safety requirements.Key Words:Wind power generation, pitch gear box, structure design目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 选题的背景和意义11.2 国内外风力发电发展现状21.2.1 国外风力发电发展现状21.2.1 国内风力发电发展现状31.3 本课题研究目的与内容41.3.1 研究目的41.3.2 研究内容4第2章 风电机组总体结构分析62.1叶片62.2轮毂及变桨系统72.3变桨齿轮箱72.3主轴、主轴承及联轴器82.4主齿轮箱92.5液压控制系统与偏航系统102.6塔架及基础10第3章 变桨齿轮箱传动系统设计113.1 已知条件113.2 方案设计113.2.1 结构设计113.2.2 齿形及精度113.2.3 齿轮材料及其性能113.2.4 配齿及传动比计算123.3 齿轮参数初步确定123.3.1 按弯曲强度估算各级齿轮法向模数123.3.2 各级主要几何尺寸133.4 各级齿轮疲劳强度校核143.4.1 第一级疲劳强度校核143.4.2 第二级疲劳强度校核173.4.3 第三级疲劳强度校核213.5 齿轮静强度校核253.6 齿轮静强度校核253.6.1 传动比条件253.6.2邻接条件253.6.3同心条件263.6.4装配条件263.7 啮合参数263.8 齿轮几何尺寸计算263.9 传动效率计算273.10 结构设计283.11 轴承设计及校核283.11.1 第一级行星轮轴承校核283.11.2 第二级行星轮轴承校核293.11.3 第三级行星轮轴承校核293.11.4 输出轴轴承校核303.12 轴的强度校核313.12.1太阳轮轴强度计算313.12.2行星轮轴强度计算313.13直齿联轴器强度校核计算323.13.1第二级直齿联轴器323.13.2第三级直齿联轴器323.14花键轴挤压强度校核33第4章 结论与展望344.1 总结344.2 展望34参考文献35致谢37 第1章 绪论1.1 选题的背景和意义自第二次工业革命以来,世界上许多国家,包括中国,都走上了工业化和城市化的道路。然而,工业化的快速发展是基于大量的不可再生能源。在石油,煤炭和其他主要能源正变得越来越少,如二氧化碳和二氧化硫气体排放量过多和温室效应,酸雨,雾,烟雾和其他不利结果在今天的社会形成,大力发展新能源,以取代不可再生能源已成为一种不可抗拒的趋势。风能作为一种清洁和环境友好的可再生能源,风能,水,太阳能和生物质能等可再生资源,风能是非常基础和经济优势的行业。在中国,风力发电仅占全国发电量的1%,这说明风力发电在中国有着巨大的潜力。风能的利用与发展,对替代石油化工能源、减少大气污染、减少二氧化碳排放具有重要意义。在所有国家的风力发电的开发和利用非常严重,风力发电领域将作为大。与其他能源相比,风能蕴藏量丰富,风电建设周期短,运行维护成本低,风场占地面积小,现场工人少,高功率兆瓦级风机相继问世。随着风力发电技术的不断成熟,兆瓦级风力发电机组已占据了绝大部分风力发电市场,成为风力发电市场的主导力量。从风电机组的分类来看,权力已经从小型风力发电机目前兆瓦级风力机;采用变桨控制方法,从固定摊位调节间距调整或独立变桨距调节;在驱动源,从液压驱动的电动变桨距。风力发电技术不断完善,产品的性能不断提高,风力发电的机制也在不断完善。风机变桨距系统是一个重要组成部分:俯仰角、俯仰速度、停变间距和俯仰响应时间等指标严重影响整机性能,有可能使风力机连接的问题,同时,机组振动,从而影响使用寿命,甚至带来安全隐患。因此,变奖控制技术是风力发电技术中最重要的一个指标,它是衡量风机性能的重要指标之一。因此,设计和制造高性能的变桨系统和控制算法是一个制造商的风电行业不可避免的和竞争的法门。本文是针对某型1.5MW变桨距风力发电机组提出设计方案和仿真,并对超级电容在变桨系统备用电源的应用提出改善意见。1.2 国内外风力发电发展现状1.2.1 国外风力发电发展现状从第二十个世纪70年代中期开始,风力发电将是每个国家的关注,迄今已覆盖了80多个国家和地区。在1981个世界的风电总装机容量不足1万5000千瓦,1990将增加到196万千瓦,在1998个已达到956万千瓦。据统计,机总功率值超过30%的年增长率,由2020,专家估计世界风力发电装机功率值将达到1230万千瓦,预计风力发电是12.3%的发电量在世界各地,世界风力发电市场的扩张。德国是世界上最强大的风力发电国,其年总的安装或安装总数,始终保持世界领先地位,以及海上风力发电技术的成熟。2009、波罗的海和北海兴建大型风力发电站;到本世纪二十年代,风力发电的总发电量将占到所有德国总发电量的30%;到了而立之年,计划实现风力发电总量占1 / 3的总全国发电。德国的风力发电市场从大海延伸到内陆平原和高原,特别是风电开发的新一代发电机。基于全球领先的德国机械行业,新一轮的研发新的更新,功率更强大,使风扇性能更好。西班牙也是风力发电之一,已装机容量为90万千瓦,2005,西班牙风力发电位居世界第二。第一个是德国,有160万千瓦的电力,第三是美国,有65万千瓦发电。西班牙有很多风电运营商和零部件制造商,是世界领先的风力发电。加拿大风能作为最有前途的电力来源,其国家风力发电能力达千瓦。特别是魁北克省北部,风力发电已成为最清洁能源市场之一。据新闻报道,加拿大自然资源部部长哈马德表示,魁北克北科建风力发电机场地区在风能技术领域的领先地位,在北美国。法国的一代占世界3%。法国的一个短期计划是2014,发电机容量将达到300万千瓦至500万千瓦。根据环境保护局的统计,风力发电的使用将减少300万吨二氧化碳排放量为600万吨。在全国各地拥有一大批风流素描自愿承担建立风力发电的必要配置任务,其中约13%的设备将在诺埃尔靠近来建立海峡,约22%的风机配置将被设置在鲁瓦尔河地区,约45%的风电的配置将被设置在罗恩戈多C路西戎地区,其他配置将在皮卡迪利大街,布列塔尼和海外瓜特罗普,区域设置。英国在七月14日宣布了2005大海上风力发电规划的发展,然后创建一千个风力发电机。到2013年底,英国风力发电占6 / 1的总电力供应,可再生资源所发出的功率比以前增加了10%。英国议会在能源白皮书中说,在2020的风力发电量将增加一倍,在2013,大型风力发电计划已经完成了一半以上。日本在近几年风力发电的快速发展,2002的风力发电总量为4600万千瓦,7300万个总发电容量为2003千瓦,2004个总发电容量达到1亿千瓦,居世界第三,到2010,总发电量约2亿千瓦。印度是亚洲风力发电中最强大的国家,亚洲的总装机容量居亚洲第一。印度的非常规能源部在2009,208的印度地区风力发电的工作候选人,选择其中的30个区域创建一个总容量65MW大型风力发电项目;印度最大的风力发电机组单机容量仅为750kW,新安装的装配机总600kW 1250kW之间;亚洲开发银行和世界银行都大力投资印度的风力发电设施建设。美国也是一个主要的风力发电。1990,美国的小型风力发电产业的增长率为14% 25%;2006,风电产业保持持续快速增长势头,在今年年底,风力发电总容量达到11675mw,比以前的建筑风机超过总2454mw美元的,风电建设参与政府投资40亿,风力发电占美国总发电量的1%,9%的功率附加总。美国风力发电技术是完美的,价格成本降低到一个非常低的程度,风力发电的价格和火电几乎是相同的。目前,美国约有一半的制造商生产小型风力发电机出口,因此小型风力涡轮机仍然是占主导地位的模式在风力发电在美国。1.2.1 国内风力发电发展现状中国风能资源相对丰富。根据中国风能资源二次普查结果,中国陆地风力发电的经济发展在10米的范围内,从地面50米。海上风能资源比内陆要大三倍,10海上风能可用于发电可达50m,千瓦可以用来产生能量高达15亿千瓦的风。我国风力资源主要集中在双区。一是华北(西北、华北和东北地区),包括黑龙江、辽宁、河北、青海、甘肃、内蒙古、西藏、新疆等地,土地由陆地边界线和近200公里宽,包括西部资源丰富的地区和戈壁滩沙漠,所有地区可用于风力发电高达200万千瓦,占风能开发总量的79%。该区是一个连续的土地风能区,地势平坦,常年风力较大,相对稳定,有利于大型发电。东南沿海地区、岛屿和沿海水域,季风和台风影响的沿海和岛屿,与内陆风电容量更大,年有效风功率密度约为200W平方米,如南路、嵊泗、台山、东山、平潭、东沙、澳大利亚南部、马来西亚、和其他公共和风资源可以在7到8之间,000个小时的生成时间。此外,其他领域的中国的土地可用风能相对丰度。总之,中国的风能资源在大面积,储量大,具有很大的潜力,工业化,大规模开发和利用。1955、在东北和西部地区建设风力涡轮机l0kw小于总功率。1975,在世界能源危机的趋势下,我国部分省、自治区开始对风力发电产业的研究、示范和推广应用,但这一时期的风力发电设备是独立发电。中国的第一个座位的国家电网提供的风力发电场在1986个荣成省,山东省,从风电行业在中国逐步进入研究和发展的经营阶段,但在这个时候规模和单位功率输出非常小。自1991以来,中国风电行业,1995的崛起,中国共建成五座可向国家电网的风电场,风场运行风机总发电36.2mw,最大功率500kW。1996,当风电被添加到建设规模,风电场的总功率和球迷总数的总数增加了显着相比,前一段时间。据中国风能协会统计,在2007个中国的新的风力发电机组3144台,比上年增长145.9%,增长率的装机容量为126.7%。2008、风力发电机组的施工总功率达6亿3000万千瓦,风机施工总排在世界第二位,仅次于美国。在2008个中国的新的风力发电机组超过了印度的数量,与印度在同一时间进入新的风力发电超过10兆瓦的风力发电。2010,风力发电量增加450亿千瓦时,比2009增加了63%,2012,中国总装机容量的12960mw。1.3 本课题研究目的与内容1.3.1 研究目的风力机中的每一个环节,变速齿轮箱是一个故障率最高的部件,也是我国风力机设计的主要瓶颈。目前,故障变桨距风力发电机组齿轮箱的设计要求主要是对齿轮箱的工作寿命要求不低于设计要求。齿轮失效是齿轮箱失效的主要原因。因此,合理设计齿轮箱传动系统已成为风力机制造的关键。本文以1.5MW风力发电机组变桨系统为例,通过一种行星齿轮减速箱的结构及传动设计,并对主要零部件进行受力分析、计算与校核。为打破国外垄断,实现我国风力发电机国产化贡献绵薄之力。1.3.2 研究内容本文的主要研究内容主要包括以下两个方面:(1) 1.5MW风力发电组变桨齿轮箱的设计本文结合CAD设计方法,对齿轮箱箱体进行结构设计,然后对齿轮传动装置设计,齿轮箱结构安全可靠,符合标准。(2) 危险零部件应力分析针对齿轮箱中齿轮、齿轮轴等危险部件进行受力分析和计算,校核其强度,从而验证设计方案的可靠。37第2章 风电机组总体结构分析风机机械结构复杂,装置各部分之间的密切关系,预机和变桨距系统的主电路设计,必须对风电机组的基本组成有深入的了解,然后根据设备的功能和主电路的设计。风机可分为四个部分:风轮、机舱、塔架和基础。塔的锥形形状,因此也被称为塔,如图2-1所示的风机的具体结构和图。风轮风能转化为机械能部件,包括叶片、轮毂和变桨系统的三部分,在三个叶片的末端分别用和轮螺栓连接,轮毂和与机器的一艘船在机舱盖连接。轮毂内是俯仰控制系统的执行机构,包括俯仰控制柜、驱动电机、备用电源等。在机舱内的设备是风轮旋转机械能转换成电能的一系列传动装置,主要包括主轴、主轴、冷却风扇、齿轮箱、联轴器、控制柜、液压制动系统、发电机、偏航系统等,主要部件都在下面。图2-1 风电机组结构简图2.1叶片叶片是风力机的关键部件,本文研究的是变桨距控制单元和变桨距的影响。叶片的主要功能是:捕捉最佳的风能,调整风力涡轮机的功率,并实现三个主要功能的气动制动。抗弯曲和扭转载荷,极限端饶避免叶片和塔相撞,叶片设计成中空的壳体结构外包罗地表一致性;抗空心壳非平面剪切负荷将增加垂直于腹板剪切结构内叶义县。为满足低成本、高强度、疲劳寿命长、大硬度等指标的要求,叶片材料主要采用玻璃纤维增强塑料或碳纤维复合材料,而前者的成本较低,故应用较为普遍。另外,刀片必须在前端的防雷措施一般是由金属材料制成,从顶端连接到轮毂、机舱、塔,一直到地面。2.2轮毂及变桨系统轮毂及变奖系统示意图如图2-2所示。图2-2 轮毂及变桨系统示意图轮毂与风力机叶片的主轴连接,轮毂上的力主要由叶片的力来承受气流的推力、弯矩、扭矩和陀螺仪的力矩。作为一种结构元件,轮毂安装在叶片、俯仰轴承、轮毂箱体、驱动电机、备用电源等方面,并连接到主轴,并将力和力矩传递给机构。由于轮毂的三维形状比较复杂,机械性能很高,通常采用球墨铸铁作为材料,采用铸造方法。变桨控制系统主要包括执行机构、轮毂控制柜、变桨驱动电机、冷却风扇等。变桨距执行机构,即刀片和螺旋桨齿轮,以及停止等。三控制柜通过一台滑环机将电源作为动力源,通过一个轮毂控制柜由三个电机驱动,分别传递给各螺距执行器。轮轮毂电机的滑动环可以提供电连接装置,风轮旋转条件下,滑动环可以旋转,只解决普通的丝捻打结问题。2.3变桨齿轮箱变速齿轮箱是可变螺距驱动装置的一个组成部分,它允许叶片绕其轴线旋转0至90度,其目的是控制风力涡轮机的功率输出或停止。转子叶片通过4点接触球轴承连接到轮毂。内齿轮轴承内圈。每一个叶片的可变纸浆驱动装置直接连接到轮毂。小齿轮箱和轴承环齿轮啮合。变速箱是由一个标准的直流电动机驱动的。在风机功率控制的主运行变量的俯仰角范围是0到25度,小于一个小齿轮的周转率,由于每个刀片由唯一的小齿轮直接驱动,因此小齿轮齿高的本地负载。 图2-3 轮毂内部的驱动排列轮毂内的所有部件都以一定的速度旋转。无论是转子的减速加速度、离心力和载荷方向的恒定变化和堆的惯性力,甚至引起齿轮箱的持续压力。在输入和输出轴的密封设计中,必须考虑这些影响,其中的效率与应用程序的其余部分的预期效果是相似的。在制造过程中,螺旋桨驱动的安全性和高负载是非常重要的,这在制造过程中应该非常小心。2.3主轴、主轴承及联轴器船机主传动链图如图2-4所示,一个滑动环和主轴承主轴大圆筒装置图。主轴旋转机械可传给轮齿轮箱,主轴一端通过六角螺栓和风机轮毂固定连接,另一端连接传动轴低速。主传动轴,以支持风轮的气动载荷、载荷、齿轮箱的反向力、传动链的扭转振动和瞬态载荷等。主轴为电气、液压连接线顺利通过,常在轴的轴向通孔。鉴于主轴受力复杂,一般采用低碳合金钢作为材料,含碳量在0.3%到0.7%之间,其他合金如Mn、Mo、Gr、Ni、V等含量少于5%,其目的是合金钢具有较高强度、较好防腐性能和较低低温性能的特性。常用材料有42CrMnTi、40Cr、34CrNiMo6 等。图2-4 风机主传动链实物图主轴承是支承主轴,并通过轴承座将其传递给主框架的轮力。由于主轴轴承的弯矩,轴向位移容易导致轴承磨损,所以使用滚动轴承,并设计适当的轴承座来解决问题的压力,如三点支护方法,主轴齿轮箱和车轮允许的回转中心的主要轴承和轴承支撑方法广泛使用风扇。为更好地利用中性刚接地;利用中性弹性联轴器。即高速轴一般采用弹性联轴器,增加弹性连接,如膜片联轴器,从而增加链传动系统的阻尼和减少振动的传递;低速轴一般采用刚性联轴器,以符合设计标准,如胀套式联轴器。2.4主齿轮箱图2-4轴大齿轮箱的主要演员后,主齿轮箱位于风力机和发电机之间的位置,它的大小的齿轮哨组合风轮低转速增加到发电机的理想速度。由于风的变化规律,在齿轮上的负荷变化频繁,瞬时冲击小,可以看到在齿轮箱中是最重要、最容易发生故障的部件的传动系统。由于风机的风场在偏远地区的海上,沙漠,山区,原野等,因此风力涡轮机的维修修理非常困难,这需要齿轮箱有高可靠性和长期服务生活的部分。除常规力学性能外,对高寒地区的风保密具有很好的抗冷脆性;海上风电场具有抗腐蚀性;对具有较高的精度,保证齿轮箱工作平稳,降低噪声,改善润滑、加热、冷却、监控系统等。针对行星齿轮具有传动效率高、空间小、制作简单、质量轻等优点,风力机齿轮箱广泛应用于行星齿轮或行星齿轮和轴并联混合齿轮箱,但基本原理相当,是从低速的输入轴输出。2.5液压控制系统与偏航系统风力机的机械制动与高速铁路车轮的机械制动类似,它是以盘式制动器为基础的,而最常用的制动装置是盘式制动器。变桨距风力发电机采用机械式制动器时,在高速轴上放置制动器,将动作分为制动和紧急制动。偏航系统有时是由液压驱动的。圆弧齿轮,它与图2-4黄轴承接触,是偏航系统的主要组成部分。偏航控制系统是风力发电机组的重要组成部分,由偏航齿圈和偏航电机,其作用是机舱和风轮转动,风机的运行保持风轮旋转面与风向垂直,当电缆旋转角度大于360度解旋和旋转电缆以免打结。2.6塔架及基础该塔是主轴承结构的风机轴承座和风轮压力部件。要求在了望台架,以获得最佳的风的高度,使一般的塔高度在80米,但也承担风机叶片旋转的可变载荷和振动负载,总重量约占总重量的50%的风扇成本约占15%至49%的总成本。塔筒形筒、桁架式塔、三角塔、钢筋混凝土塔、索塔等。大型风力发电机组大多采用锥式塔式,美观,在底部的时候,物料的节约,国家已经颁布了相关标准的风力发电机塔。陆上风力机基础主要有块式基础和桩基础。当上部土体强度足以支撑风轮机的荷载时,采用了一个块基础,当问题不充分时,荷载越大,荷载越大。国家于2007年9月颁布了FD 003-2007风力发电机组地基基础设计规定。第3章 变桨齿轮箱传动系统设计3.1 已知条件额定输入功率:5.5 kW额定输入转速:1700 rpm额定输出转速:15.5 rpm总传动比:110效率:0.93.2 方案设计3.2.1 结构设计本行星齿轮减速箱在结构上采用3级NGW型行星传动,减速比大、传动效率高、结构紧凑、承载能力大。各级行星轮系都由太阳轮、行星轮和内齿圈构成,其中1、2、3级行星轮个数为3个。各级之间,上一级的行星架与下一级太阳轮轴通过齿轮连轴器实现稳定连接。输出轴采用花键实现扭矩的传递。本设计进行了各级齿轮连轴器和花键连接的强度校核。综合考虑设计、制造及安装位置限制等因素,选择3级NGW型行星减速器。第一级选用行星架浮动;第二级选用太阳轮与行星架同时浮动;第三级选用太阳轮浮动。3.2.2 齿形及精度因属于低速传动,采用齿形角的直齿轮传动,精度定为6级。3.2.3 齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面,内齿轮用软齿面,以提高承载能力、减小尺寸。三级都采用相同的材料搭配。太阳轮:20CrMnTi,渗碳淬火回火,表面硬度HRC5662,Hlim=1500Nmm-2、Flim=470 Nmm-2行星轮:20CrMnTi,表面淬火,渗碳淬火回火,表面硬度HRC5662,Hlim=1500Nmm-2、Flim=470 Nmm-2。因双向转动,实际Flim=470*0.8=376 Nmm-2内齿圈:20CrMnTi,齿面渗碳淬火HRC5660.,Hlim=1500 Nmm-2、Flim=470 Nmm-23.2.4 配齿及传动比计算表1 分配传动比及各级配齿传动级za小齿轮zc行星齿轮zb内齿轮传动比行星数模数m第一级1743956.58832第二级1731674.941232.5第三级2019483.434实际总传动比为:3.3 齿轮参数初步确定3.3.1 按弯曲强度估算各级齿轮法向模数 (3-1)估算第一级法向模数(3-1)式中: (直齿轮) (载荷平稳) (尺寸精度为6级,转速超过300r/min) Nm Nm, (),取mm估算第二级法向模数(3-1)式中: (直齿轮) (载荷平稳) (尺寸精度为6级,转速低于300r/min)NmNm, (),取mm估算第三级法向模数(3-1)式中: (直齿轮) (载荷平稳) (尺寸精度为6级,转速低于300r/min) Nm Nm, (), mm,取mm3.3.2 各级主要几何尺寸第一级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径:mm行星轮分度圆直径:mm内齿圈分度圆直径:mm齿宽: mm第二级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径: mm行星轮分度圆直径: mm内齿圈分度圆直径: mm齿宽: mm第三级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径: mm行星轮分度圆直径: mm内齿圈分度圆直径: mm齿宽: mm3.4 各级齿轮疲劳强度校核3.4.1 第一级疲劳强度校核第一级外啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, N mm 第一级外啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:式中 N mm mm ,m/s,第一级内啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, mm 第一级内啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:。只计算内齿轮。式中 N mm mm m/s, 3.4.2 第二级疲劳强度校核第二级外啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, mm 第二级外啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:式中 mm mm , ,m/s, N/mm2 N/mm2第二级内啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, N mm N/mm2第二级内啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:。只计算内齿轮。式中 N mm mm m/s, N/mm23.4.3 第三级疲劳强度校核第三级外啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, mm 第三级外啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:式中 N mm mm , , m/s, 第三级内啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力:式中 m/s, 20 mm 第三级内啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力:。只计算内齿轮。式中 N mm mm m/s, 表2 各级轮系强度校核表(N/mm2)级数计算接触强度接触强度安全系数计算弯曲强度弯曲强度安全系数第1级太阳轮5772.60736.44行星轮5772.60645.88内齿轮2107.14815.80第2级太阳轮11741.282721.73行星轮11741.282481.52内齿轮4983.012791.68第3级太阳轮12441.212711.73行星轮12441.212751.37内齿轮6892.182941.603.5 齿轮静强度校核考虑到传动系的瞬时过载,按各级Tmax=1.5T进行静强度校核。对20CrMnTi,Mpa第一级太阳轮Mpa第一级行星轮Mpa第二级太阳轮Mpa第二级行星轮Mpa第三级太阳轮Mpa第三级行星轮Mpa3.6 齿轮静强度校核3.6.1 传动比条件各级齿轮齿数的选择均满足所给定的传动比要求。3.6.2邻接条件必须保证相邻两行星轮互不相碰,并留有大于0.5倍模数的间隙。表3 各级传动邻接条件表 参数 级数邻接条件第一级9060103.9满足第二级82.560103.9满足第三级8478135满足3.6.3同心条件为了保证正确的啮合,各对啮合齿轮之间的中心距必须相等。即,27。本传动方案各级传动均按手册推荐选取,满足同心条件。3.6.4装配条件保证各行星轮均能均布地安装于两中心齿轮之间,并且与两个中心轮啮合良好,没有错位现象。本传动方案各级传动均按手册推荐选取,满足装配条件。3.7 啮合参数各级齿轮副间均采用标准传动。3.8 齿轮几何尺寸计算表4第一级传动齿轮副几何参数序号名称太阳轮行星轮内齿轮1模数2222压力角2020203变位系数0004分度圆直径mm34862065齿顶高mm2226齿根高mm2.52.52.57齿顶圆直径mm38902108齿根圆直径mm29812019基圆直径mm31.9580.81193.5810中心距mm606011齿顶圆压力角32.7726.1222.8112重合度1.6171.72表5第二级传动齿轮副几何参数序号名称太阳轮行星轮内齿轮1模数2.52.52.52压力角2020203分度圆直径mm42.577.5197.54齿顶高mm2.52.52.55齿根高mm3.1253.1253.1256齿顶圆直径mm47.582.5202.57齿根圆直径mm36.2571.25191.258基圆直径mm39.9472.83185.599中心距mm606010齿顶圆压力角32.7728.0223.5811重合度1.5881.94表6第三级传动齿轮副几何参数序号名称太阳轮行星轮内齿轮1模数4442压力角2020203分度圆直径mm80762404齿顶高mm4445齿根高mm5556齿顶圆直径mm88842487齿根圆直径mm70662308基圆直径mm75.1771.41225.539中心距mm787810齿顶圆压力角31.3331.7824.5811重合度1.5521.943.9 传动效率计算第一级传动效率:第二级传动效率:第三级传动效率:总啮合效率:3.10 结构设计本行星齿轮减速箱在结构上采用3级NGW型行星传动,减速比大、传动效率高、结构紧凑、承载能力大。各级行星轮系都由太阳轮、行星轮和内齿圈构成,其中1、2、3级行星轮个数为3个。各级之间,上一级的行星架与下一级太阳轮轴通过齿轮连轴器实现稳定连接。输出轴采用花键实现扭矩的传递。本设计进行了各级齿轮连轴器和花键连接的强度校核。3.11 轴承设计及校核表7 各级行星轮轴承选择及额定载荷29型号基本额定动载荷(KN)基本额定静载荷(KN)输入轴轴承1601016.113.1第一级行星轮轴承160047.94.5第二级行星轮轴承160047.94.5第三级行星轮轴承NA490625.535.5输出轴左侧轴承NU1022115155输出轴右侧轴承331192984983.11.1 第一级行星轮轴承校核行星轮切向力为: N单个轴承所受力为: N, N冲击载荷系数,考虑轻微冲击,取对于深沟球轴承16004,当量动载荷为: N30轴承寿命为:计算额定动载荷为:计算当量静载荷为: N31滚动轴承安全系数按正常使用轴承取32计算额定静载荷为: N第一级行星轮轴承16004通过校核。3.11.2 第二级行星轮轴承校核行星轮切向力为: N单个轴承所受力为: N, N冲击载荷系数,取对于深沟球轴承16004,当量动载荷为: N轴承寿命为:计算额定动载荷为: N计算当量静载荷为: N滚动轴承安全系数按正常使用轴承取计算额度静载荷为:N第二级行星轮轴承16004通过校核。3.11.3 第三级行星轮轴承校核行星轮切向力为: N单个轴承所受力为: N, N 冲击载荷系数,取对于滚针轴承NA4906,当量动载荷为: N轴承寿命为:计算额定动载荷为: N计算当量静载荷为: N滚动轴承安全系数按正常使用轴承取计算额定静载荷为: N第三级行星轮轴承NA4906通过校核。3.11.4 输出轴轴承校核输出转矩: N.m输出小齿轮分度圆上名义切向力: N输出小齿轮名义径向力: N齿轮合成受力为 N根据输出轴的合成力矩平衡条件:输出轴左端轴承所受径向力:N,由于左端轴承采用一个圆柱滚子轴承NJ1020和一个深沟球轴承61824,所以每个轴承所受径向力: N, N输出轴右端轴承所受径向力:N,由于右端轴承采用两个圆锥滚子轴承352217X2,所以单个轴承所受最大径向力: N, N滚动轴承安全系数按正常使用轴承取计算左端NJ1020轴承额定静载荷为: N输出轴左侧轴承NJ1020通过校核。计算左端61824轴承额定静载荷为: N输出轴左侧轴承61824通过校核。计算右端352217X2额定静载荷为: N输出轴右侧轴承352217X2通过校核。3.12 轴的强度校核3.12.1太阳轮轴强度计算按转矩太阳轮轴最小轴径: mm33由于太阳轮轴采用20CrMnTi,所以52MPa,计算结果见下表:表8太阳轮轴计算 参数级数太阳轮轴最小轴径mm实际太阳轮轴径mm第1级太阳轮轴15.228第2级太阳轮轴29.235第3级太阳轮轴50503.12.2行星轮轴强度计算行星轴按心轴弯矩进行校核: mm34其中,行星轮轴的材料为40CrNiMoA,其许用弯曲应力为Mpa,计算结果见下表:表9轴校核级数弯矩M(N.mm)最小轴径mm实际行星轮轴径mm第一级行星轮轴110186.920第二级行星轮轴564341220第三级行星轮轴24166019.4303.13直齿联轴器强度校核计算3.13.1第二级直齿联轴器直齿联轴器轮齿剪切应力校核计算公式:35直齿联轴器轮齿挤压应力校核计算公式:35 Nm3536 mm mm3536 mm3636第二级直齿齿联轴器强度校验通过。3.13.2第三级直齿联轴器直齿联轴器轮齿剪切应力校核计算公式:35直齿联轴器轮齿挤压应力校核计算公式:35 Nm3536 mm mm3536 mm3636第三级鼓形齿联轴器强度校验通过。3.14花键轴挤压强度校核花键挤压强度公式:;许用压强37 Nm mm mm mm花键挤压强度校验通过。第4章 结论与展望4.1 总结目前世界能源机构主要由石油、煤炭、水或核能发电。随着科学技术的进步和国民经济的发展,对能源的需求也越来越大。传统能源的一些缺点正在逐步显现。目前,风力发电的强劲生命力已逐渐显现。变速齿轮箱是风机各组成部分的故障率最高的一种,也是风力机变桨距系统设计的主要瓶颈。目前国内沥青齿轮箱的失效主要集中在齿轮箱的工作寿命,不能达到设计要求。齿轮失效是齿轮箱失效的主要原因。因此,齿轮箱传动系统的合理设计已成为风力机制造的关键。本文通过对风力机传动系统的分析与研究,根据国内外研究现状,设计了风力机传动系统的核心部件。在本文中,对1.5MW风力机变桨距变速箱传动方案设计合理,可靠性高的要求,强度,可以对风力发电的发展提供了一定的依据。4.2 展望风力发电机变桨减速箱结构复杂,涉及方面众多,本文中虽然完成了部分强度校核工作,但需要继续完成的内容还有很多。主要需要继续深入研究的工作有:(1) 完善齿轮齿面修形设计,确定齿轮等关键部件热处理工艺(2) 采样具体风场载荷谱,对整机受迫情况下进行振动分析。参考文献【1】 成大先主编.机械设计手册 第六卷 .机械工业出版社【2】 姚兴佳主编.风力发电原理与应用. 机械工业出版社,2009.6【3】 芮晓明主编.风力发电机组设计 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