【JX14-14】1000W家用风力发电机升速箱
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JX14-14
【JX14-14】1000W家用风力发电机升速箱
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毕业论文（设计）题 目 1000W风力发电机升速箱的设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年级 2009级 学生姓名 学 号 指导教师 - II - 摘要机械设计制造及其自动化专业学生： 指导教师： 【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。因此，急需对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。本文设计的是小型家用风力发电机组的齿轮箱，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。选取两级定轴+一级行星传动方案，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；风机齿轮箱；结构设计5Abstract【Abstract】 The rapid development of wind power industry contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry, wind power wind turbine gear box as a core component of much domestic and foreign wind power related industries and research bodies. However, due to the domestic wind turbine gearbox of a late start, technical weakness. Therefore, the urgent need for a wind turbine gearbox for independent research and development, and truly master the wind turbine gearbox design and manufacturing technology to achieve the goal of domestic fans.This design is a small home wind turbine gearbox, through the programs selection, parameter calculation gear gearbox supporting its own design.First, the mechanical structure of the gear box. Select two fixed axis + a planetary transmission scheme, through calculations to determine the levels of the drive gear parameters. Stress analysis on the planetary gear transmission, gear force levels obtained results. According to the standard for static strength check, the results meet the safety requirements.【Key words】Wind power generation; wind turbine gearboxes; structural design 目 录摘要IAbstractII第一章 绪论31.1 研究背景及研究意义31.2 国内外研究综述41.2.1 国外研究现状与发展趋势41.2.2 国内研究现状与发展趋势51.3本课题的研究目的与内容61.3.1研究目的61.3.2研究内容6第二章 风力发电机增速箱传动方案确定72.1增速器基本设计要求及设计步骤82.2传动方案及运动原理图9第三章 增速箱总体结构设计103.1行星轮系传动设计103.1.1 行星轮的传动简图103.1.2 行星轮传动的配齿计算103.1.3 初步计算齿轮的主要参数113.1.4 装配条件验算123.1.5 传动效率计算133.2第二级平行轴圆柱斜齿轮设计163.3第三级平行轴圆柱直齿轮设计16第四章 传动件材料选择及校核174.1 行星传动强度校核174.2 第二级斜齿传动强度校核214.3 第三级直齿传动强度校核24第五章 总结与展望275.1 全文总结275.2 全文总结27参考文献28致谢29第一章 绪论1.1 研究背景及研究意义石油、煤、水或核电是当今世界能源的主要构成部分。随着科技进步和国民经济的日益发展，能源的需求量也在不断增长。而传统能源的一些弊端也逐渐显露。石油资源日益枯竭，而燃煤、核能等又存在大量环境污染和安全隐患，寻找新的可再生清洁能源、改善世界能源结构就成为了世界各国迫在眉睫的头等大事。经过三十几年对可再生能源现代开发的研究和应用，目前，新型清洁可再生能源的优势已逐步体现。作为一种洁净无污染的可再生能源，风能是人类最早利用的能源之一。作为为太阳能的一种形式，风能取之不尽，用之不竭，分布广泛、储量巨大、清洁无污染。据有关资料显示，地球上近地层的风能总量约为13000亿千瓦。从理论上讲，地球上1%的风能就能完全满足全世界的能源需求。我国风力资源十分丰富，风能资源总储量为32.26亿千瓦，实际可开发量为2.53亿千瓦，约占7.8%。十五”期间，我国加快了风电产业发展步伐。装机总容量首次进入世界风电规模前十位，紧随欧美传统风力发电强国，成为风电应用最为广泛的国家之一。进入新千年后，我国风电产业进一步迅猛发展，风力发电电厂建设和设备制造成为科研前沿和热门产业。虽然我国风电事业发展如此迅猛，但其生产设备长期依赖进口，在自主开发风力发电机方面还比较落后，特别是大功率发电机组的核心技术领域更是基本属于空白。国内各大主要风力发电厂的生产机组基本全部是引进国外设备，部分国产机组也是以仿制国外产品为主，核心技术领域仍然是空白，设计水平以及实验水平与国外先进技术相比不可同日而语。而且不同地域的风况存在较大差异，这也造成了仿制风机的“水土不服，很难达到生产应用要求。所以单纯的仿制并不能解决我国风力发电机设计水平较差的现状，必须以提高我国风力机的设计和研究水平为目标来实现“国产化”，设计出具有自主知识产权的风力发电核心设备，突破我国风电行业发展的“瓶颈”，使风电行业走上一条健康发展之路。1.2 国内外研究综述1.2.1 国外研究现状与发展趋势进入二十世纪九十年代以来，世界各发达国家纷纷加大了风电技术开发力度。由于传统能源的短缺危机及对环境保护的要求日益严格，特别是哥本哈根国际气候峰会等环境保护会议的纷纷举行，进一步为风电行业的飞速发展提供了历史契机。早在2004年，美国就已经实现了风力发电在全国范围内的普遍应用，风力发电的总装机容量已经超过6740MW，可以达到20%的普通居民用电要求。而风力资源比较丰富的加拿大发展风电的步伐也十分迅速，风力发电已成为其能源结构的一个重要构成。到2015年，加拿大的风力发电能力预计将达到4700MW。传统风电强国德国、西班牙、荷兰等国家的风力发电发展速度也以惊人的速度在增长。作为我们的邻国和主要经济竞争对手，印度在风力发电领域走在了我国的前面。经过短短的二十年时间，印度风电产业从无到有，从弱到强，迅速成为世界上风力发电应用最为广泛的国家之一。轻型、高效、高可靠性及大功率是现代风力发电机组的主要发展方向。经过近五十年的研究与发展，风力发电技术由百千瓦级向兆瓦级甚至十兆瓦级发展，它极大地提高了电厂单位面积发电量，极大提高了风力发电的经济效益。二十世纪八十年代以来，由于相关技术的逐渐成熟，风力发电技术迎来了一个大踏步前进的时期。风机容量由55KW发展到了5MW，可靠性也得到了大幅提升，西班牙等国目前已经开始研制10MW风力发电机组。在风电产业发展的初期，由于受到技术限制，单个零部件的结构动力学的研究只是停留在准静态空气动力学阶段，对于结构动力学仅仅采用放大动力学系数的经验计算方法。随着风力发电机组设计制造水平和计算机技术的发展，设计人员在研究工作中开始考虑更可靠的动态分析方法利用有限元分析法和模态分析法两种方法对整机进行动态分析。而叶片、轴承、齿轮箱等核心部分的研究是各国在风力机组件的设计研究中的重点。其中，风力发电机组的心脏齿轮箱更是研究的重中之重。1.2.2 国内研究现状与发展趋势我国幅员辽阔，风能储量惊人，具备大规模开发风电的前提条件。目前我国新能源应用仍以水电为主，但与水能储量相比，我国风能储量毫不逊色。根据有关资料显示，我国各类可开发风电装机容量可达10亿千瓦，远超欧美风电强国，所以我国开发风电产业是具有先天优势的。但由于技术限制，我国风能资源开发利用早期阶段以分散、小规模试验和示范形式为主，20世纪90年代规模化风力发电场才开始建设，进入大规模使用阶段。虽然我国风电业增长率十分喜人，但是在规模上与世界上风电强国之间的差距仍然十分明显，并不匹配我国巨大的风能存储量。其根本原因还是风力发电技术尤其是风力发电机的关键部件的研究上遭遇“瓶颈”，比如大功率齿轮箱的设计、轴承的设计等都远远落后于世界先进水平。目前，我国国产风电机组能够批量生产的是定桨距的600KW、750KW的机组，该风电机组是国外十多年前的主流技术的产品。即使如此，在实际生产和运行过程中仍然反映出故障率过高的问题，比如浆叶的断裂，增速齿轮箱的齿轮失效等等。由此可见，为了实现我国风力发电技术健康迅速发展的目标，建立完善的设计体系和故障分析体系，放弃单纯模仿，真正掌握核心部件设计方法将是我们在下一阶段工作的首要任务。1.3本课题的研究目的与内容1.3.1研究目的在风力发电机组的各个部分中，齿轮箱是故障率最高的部件之一，它也是我国风力发电机组设计的主要瓶颈。目前，国产风力发电机齿轮箱的故障主要集中在齿轮箱工作寿命达不到设计要求。其中齿轮失效是齿轮箱发生故障的主要原因。因此，合理设计齿轮箱传动系统就成为风力发电机制造的关键。本文以家用1KW级风力发电机为例，通过一种新型多级混合式增速器的结构及传动设计，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) 1KW风力发电组增速器的设计风力发电机组的基本工作原理是风力推动叶轮产生动力和相应转速，再由增速器传递给发电机并使其产生电能。本文结合CAD设计方法，对增速器箱体进行结构设计，然后对齿轮传动装置设计，对传动类型采用一种新型混合式传动。由一级行星轮系和两级平行轴轮系组成，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增速器中齿轮、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。第二章 风力发电机增速箱传动方案确定传动装置是大多数机器的主要组成部分。传动件及传动装置设计是否合理、制造和装配质量是否符合要求，将成为决定产品质量的关键。传动可以分为机械传动、流体传动和电传动三类。而机械传动按其工作原理分为啮合传动与摩擦传动，具体分为链传动、带传动、齿轮传动、蜗杆传动四类。根据风力发电机组传动特点和工作环境要求，一般均选择齿轮传动。齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动形式。其主要优点是：具有瞬时传动比恒定、可靠性高、寿命长、结构紧凑。齿轮传动分为开式、半开式和闭式三种传动方式。由于风力发电机工作环境恶劣，一般采用闭式传动以满足润滑要求。增速器是指安装在原动机与工作机之问独立的闭式传动装置，用于增加转速应相应减小转矩。增速器是风力发电机组的重要组成部分，它承担了调速、改变运动形式、动力和运动的传递和分配等功能。考虑到风力发电机要求传动比大、结构紧凑、效率高等特点，本文采用单级行星齿轮传动加两级平行轴斜齿轮传动的结构形式。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2-1。表2-1 常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结构简单，但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结构复杂，但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减速器横向尺寸较小，两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每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半，输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，轴颈尺寸可以缩小本人设计的1000W风电增速箱由于功率小，低转矩、传动比大的特点，通常采用行星传动。常见结构有：两级平行轴加一级行星和一级平行轴加两级行星传动两种形式。本文采用的是平行轴与行星轮系混合式齿轮箱。2.1增速器基本设计要求及设计步骤增速器齿轮箱的主要设计要求如表2-2所示。表2-2 原始设计要求额定功率1000W增速比5272输出转速14001600r/min输入转速2435r/min增速器设计步骤：(1)根据传动装置的使用要求及工作特点确定传动形式为行星齿轮传动。 (2)确定行星传动的结构形式和选择传动方案。(3)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。输入转速定为：31 r/min增速机构增速后的输出速度：1540rpm根据减速装置的用途和工作特点，传动形式定为两级定轴传动+单级行星传动，行星传动的结构形式确定为：单级2K-H（NWG）型行星传动机构。确保其稳定性，行星轮数目为3，模数定为，其传动比范围为：。由此，初定传动比分配情况如下：第一级定轴传动：=2.95第二级定轴传动：=3.63第三级行星传动：=4.642.2传动方案及运动原理图目前，国内生产的增速箱主要采用2KH(KGW)型行星传动，行星架为输入端，太阳轮为输入端。其具有如下优点：(1)行星架采用焊接结构，工艺简单，重量较轻。(2)动力由行星轮系系杆输入，刚性好，符合风力发电机受力大、转矩大的特点。(3)高速级和低速级分别采用行星架浮动和太阳轮浮动，简化了结构，使得结构更加的紧凑，均载效果好。缺点：功率太小，不适合大型风力发电场；蓄能装置负担较大。考虑到本次设计为小型风力发电机，功率只有1KW，结构紧凑、高可靠性等特点，本文采用的传动形式如图2-1。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直齿圆柱齿轮平行轴轮系传动；第三级采用斜齿轮平行轴轮系传动，直接与电机相联。此传动方案具有如下优点：(1)低速级为行星传动，效率高，体积小，重量轻，结构简单，传递功率范围大，成功实现了功率分流，轴向尺寸小，采用行星轮浮动，均载效果好，实现了大传动比；(2)高速级为平行轴圆柱直齿轮传动，合理分配了传动比，实现了平稳输出，降低了振动。16第三章 增速箱总体结构设计3.1行星轮系传动设计3.1.1 行星轮的传动简图根据上述设计要求：给定传动比、结构合理、紧凑。据各行星轮传动类型的传动比和工作特点可知2K-H型结构紧凑，传动比符合给定要求。其传动简图如图3-1所示。、图中太阳轮a输入，行星架x输出，内齿圈b固定。图3-1行星传动的传动简图3.1.2 行星轮传动的配齿计算在确定行星轮传动的各轮齿数时，除了满足给定的传动比外，还应满足与其装配有关的条件，即同心条件、邻接条件和安装条件。此外，还应考虑到与其承载能力有关的其他条件。在给定传动比的情况下，行星轮传动的各轮齿数的确定方法有两种：（一）、计算法；（二）、查表法。下面采用计算法来确定各轮齿数：由公式3-28得=-1=4.64-1=3.64（见参考文献2）（一般取38，在满足的条件下为减小行星传动的径向尺寸中心轮a和行星轮c的尺寸应尽可能地小。）由公式3-29（见参考文献2）得取,则，圆整后取=61。根据同心条件可以求得行星轮的齿数： 由公式3-30（见参考文献2）得，圆整后取。所以，行星轮传动的各轮齿数分别为，。3.1.3 初步计算齿轮的主要参数标准直齿圆柱齿轮的基本参数有五个：齿数，模数，压力角，齿顶高系数和顶隙系数，在确定上述基本参数后，齿轮的齿形及几何尺寸就完全确定了。已知：齿轮的几何尺寸计算如下：（见参考文献2）分度圆直径： 齿顶高：外啮合副内啮合副 齿根高：全齿高： 轮 轮 轮 齿顶圆直径： 轮 轮 轮 齿根圆直径： 轮 轮 轮基圆直径： 轮 轮 轮中心距：副 副 齿顶圆压力角：a 轮 b轮 c轮 3.1.4 装配条件验算在确定行星齿轮传动的各轮齿数时，除了满足给定的传动比外，还应满足与其装配有关的条件，即同心条件、邻接条件和安装条件。此外，还要考虑到与其承载能力有关的其他条件。（1）邻接条件 由多个行星轮均匀对称地布置在太阳轮和内齿轮之间的行星传动设计中必须保证相邻两个行星轮齿顶之间不得相互碰撞，这个约束称之为邻接条件。按公式（3-7）（见参考文献2）验算其邻接条件，即式中 行星轮个数； a-c啮合副的中心距； 行星轮的齿顶圆直径。已知代入上式可得即满足邻接条件。（2）同心条件 对于2K-H型行星传动，三个基本构件的旋转轴线必须重合于主轴线，即由中心轮和行星轮组成的所有啮合副实际中心距必须相等，称之为同心条件。按公式（3-8a）（见参考文献2）验算同心条件，即已知即满足同心条件。（3）安装条件 在行星传动中，几个行星轮能均匀装入并保证中心轮正确啮合应具备的齿数关系和切齿要求，称之为装配条件。按公式（3-20）（见参考文献2）验算安装条件，即（整数）已知即满足安装条件。3.1.5 传动效率计算按照表5-1（见参考文献2）或5-2（见参考文献2）中所对应的效率计算公式计算：按公式(5-36)（见参考文献2）计算如下：对于啮合副（a-c）：齿顶圆压力角： 对于啮合副（c-b）：齿顶压力角： 根据公式（5-37）（见参考文献2）得 取(行星齿轮传动中大都采用滚动轴承，摩擦损失很小故可忽略)可见，该行星传动的传动效率较高，可满足短期间断工作方式的使用要求。行星齿轮传动功率分流的理想受力状态由于受不可避免的制造和安装误差，零件变形及温度等因素的影响，实际上是很难达到的。若用最大载荷与平均载荷之比值来表示载荷不均匀系数，即，值在的范围内变化，为了减小载荷不均匀系数，便产生了所谓的均载机构。均载机构的合理设计，对能否充分发挥行星传动的优越性有这极其重要的意义。 均载机构分为基本构件浮动的均载机构、采用弹性元件的均载机构和杠杆联动式均载机构。在选用行星齿轮传动的均载机构时，根据该机构的功用和工作情况，应对其提出如下几点要求。（1） 均载机构在结构上应组成静定系统，能较好的补偿制造和装配误差及零件的变形，且使载荷分布不均匀系数K值最小。（2） 均载机构的补偿动作要可靠、均载效果要好。为此，应使均载构件上所受的力较大，因此，作用力大才能使其动作灵敏、准确。（3） 在均载过程中，均载构件应能以较小的自动调整位移量补偿行星齿轮传动存在的制造误差。（4） 均载机构应制造容易，结构简单、紧凑、布置方便，不得影响到行星齿轮传动的传动性能。（5） 均载机构本身的摩擦损失应尽量小，效率要高。（6） 均载机构应具有一定的缓冲和减振性能，至少不应增加行星齿轮传动的振动和噪声。在本设计中采用了中心轮浮动的结构。太阳轮通过双齿或单齿式联轴器与高速轴相联实现浮动（如图 2-2 所示），前者既能使行星轮间载荷分布均衡，又能使啮合齿面沿齿寛方向的载荷分布得到改善；而后者在使行星轮间载荷均衡过程，只能使太阳轮轴线偏斜，从而使载荷沿齿寛方向分布不均匀，降低了传动承载能力。这种浮动方法，因为太阳轮重量小，浮动灵敏，结构简单，易于制造，便于安装，应用广泛。根据2K-H（A）型行星传动的工作特点、传递扭矩的大小和转速的高低等情况对其进行具体的结构设计。首先应该确定太阳轮a的结构，因为它的直径d较小，所以轮a应该采用轴齿轮的结构。因为在该设计中采用了中心论浮动的结构因此它的轴与浮动齿轮联轴器的外齿半联轴套II制成一体或连接。且按该行星传动的扭矩初步估算输入轴的直径da，同时进行轴的结构设计。为了便于轴上零件的拆装，通常将轴制成阶梯形。总之在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工制造(详见结构设计计算)。 a） b）图2-2齿轮联轴器内齿轮做成环形齿圈，在该设计中内齿轮是用键在圆周方向上实现固定的。行星轮通过两个轴承来支撑，由于轴承的安装误差和轴的变形等而引起的行星轮偏斜，则选用具有自动调心性能的球面滚子轴承是较为有效的。（但是只有在使用一个浮动基本构件的行星轮传动中，行星轮才能选用上述自动调心轴承作为支撑。）行星轮心轴的轴向定位是通过螺钉固定在输出轴上实现的。行星架的结构选用了刚性比较好的双侧板整体式结构，与输出轴法兰联接，为保证行星架与输出轴的同轴度，行星架时应与输出轴配做，并且用两个对称布置得销定位。行星架靠近输入轴的一端采用一个向心球轴承支撑在箱体上。转臂上各行星轮轴孔与转臂轴线的中心距极限偏差可按公式（9-1）（见参考文献2）计算。现已知啮合中心距，则，取各行星轮轴孔的孔距相对偏差的1/2，即在对所设计的行星齿轮传动进行了其啮合参数和几何尺寸计算，验算其转配条件，且进行了结构设计。3.2第二级平行轴圆柱斜齿轮设计齿数分配如下：，具体参数如下表。 第二级平行轴斜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二级斜齿轮一212.5058.6747.4253.6712斜齿轮二622.50163.46152.21158.4612标准中心距：3.3第三级平行轴圆柱直齿轮设计齿数分配如下：，具体参数如下表。 第三级平行轴斜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一19204234380直齿轮二69201431341380标准中心距：第四章 传动件材料选择及校核由于风力发电机组具有工作环境恶劣、受力情况复杂等特点。因此，与一般传动机构相比，除了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下的一些机械特性，如低温抗脆性、低膨胀收缩率等。对于传动部件而言，一般情况下不采用分体式结构或者焊接结构，齿轮毛坯尽可能采用轮辐轮缘整体锻件形式以提高承载能力。齿轮采用优质合金钢锻造制取毛坯己获得良好的力学特性。表4-1列出本文所设计的增速器各传动部件的材料及力学性能。表4-1 各传动部件材料及力学性能传动件材料热处理接触强度（MPa）弯曲强度（MPa）加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度5660HRC1500480磨齿5级行星轮内齿圈42CrMo调质，齿面硬度HBS260720320插齿6级直、斜齿轮20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度5660HRC1500480磨齿5级4.1 行星传动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。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20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度5660HRC，查阅手册，选取，。输入轴转矩太阳轮输入转矩为太阳轮轮齿上的转矩为式中np行星轮个数，np=3；kp太阳轮浮动时载荷分配的不均衡系数，kp=1.15。查手册选取齿宽系数计算齿宽为取各系数的确定如下：使用系数动载系数为式中小齿轮的速度，接触强度计算时的齿向载荷分布系数为弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数为齿轮间载荷分布系数为则综合系数为齿面接触应力为式中钢制齿轮的弹性系数，；节点区域影响系数，螺旋角系数，重合度系数，为与的重合度，圆周力，齿面许用接触应力为接触强度的安全系数为式中润滑系数，速度系数，粗糙度系数，工作硬化系数，；接触强度计算时的尺寸系数，太阳轮齿根弯曲应力为式中重合度系数，螺旋角系数，齿形系数，。齿根许用弯曲应力为齿根弯曲强度的安全系数为2) 行星轮与内齿圈弯曲强度校核：内齿轮的材料选用42CrMo，调质，齿面硬度HBS260，查手册 ，选取，查手册选取齿宽系数计算内齿轮宽度为圆整取B2=140mm内齿轮齿根弯曲应力为齿根许用弯曲应力为齿根弯曲强度的安全系数为4.2 第二级斜齿传动强度校核材料选用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度5660HRC，查阅手册，选取，。输入轴转矩，查手册选取齿宽系数计算齿宽为取齿轮z1受到转矩为各系数的确定如下：使用系数动载系数为式中小齿轮的速度，接触强度计算时的齿向载荷分布系数为弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数为齿轮间载荷分布系数为齿面接触应力为式中钢制齿轮的弹性系数，；节点区域影响系数，螺旋角系数，重合度系数，为与的重合度，圆周力，齿面许用接触应力为接触强度的安全系数为式中润滑系数，速度系数，粗糙度系数， 工作硬化系数，；接触强度计算时的尺寸系数，第二级齿轮齿根弯曲应力为式中重合度系数，螺旋角系数，齿形系数，。齿根许用弯曲应力为输入齿齿根弯曲强度的安全系数为4.3 第三级直齿传动强度校核材料选用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度5660HRC，查阅手册，选取，。输入轴转矩，查手册选取齿宽系数计算齿宽为取小齿轮受到转矩各系数的确定如下：使用系数动载系数为式中小齿轮的速度，接触强度计算时的齿向载荷分布系数为弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数为齿轮间载荷分布系数为齿面接触应力为式中钢制齿轮的弹性系数，；节点区域影响系数，螺旋角系数，重合度系数，为与的重合度，圆周力，齿面许用接触应力为齿面接触强度安全系数为齿根弯曲应力为式中重合度系数，螺旋角系数，齿形系数，。齿根许用弯曲应力为齿根弯曲强度安全系数为由上述校核可知，该传动设计方案基本符合强度要求，切实可行。该方案选取大齿宽和高等级制造精度保证机构运动平稳，避免了点蚀和胶合等失效情况的出现，选取合适的传动比来满足传动要求，结构较安全可靠。 - 30 - 第五章 总结与展望5.1 全文总结目前世界能源机构主要是由石油、煤、水或核发电构成。随着科技进步和国民经济的日益发展，能源的需求量也在不断增长。而传统能源的一些弊端也逐渐显露。目前，风力发电的强大生命力已逐步显露出来。在风力发电机组的各个组成部分中，增速器齿轮箱是故障率最高的部件之一，它也是风力发电机组设计的主要瓶颈。目前，国产风力发电机齿轮箱的故障主要集中在齿轮箱工作寿命达不到设计要求。其中齿轮失效是齿轮箱发生故障的主要原因。因此，合理设计齿轮箱传动系统就成为风力发电机制造的关键。本文通过对风力发电机组传动系统的分析和研究，根据国内外研究现状，对风力发电机组核心部件增速箱进行设计。本文中设计的小型家用风力发电机增速器传动方案合理，强度符合要求，可靠性高，可以为我国风力发电机组自主研制工作提供一定的依据。5.2 全文总结风力发电机增速器结构复杂，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 机械工业出版社，2010.2【4】叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册机械工业出版社【5】陈立德主编.机械装备制造设计高等教育出版社【6】孙桓 陈作模 葛文杰主编. 机械原理. 高等教育出版社【7】濮良贵 纪名刚主编. 机械设计. 高等教育出版社【8】戴枝荣 张远明主编. 工程材料 第二版. 高等教育出版社【9】郝桐生主编. 理论力学. 高等教育出版社【10】北京科技大学 东北大学主编. 材料力学. 高等教育出版社【11】李俊峰等2008中国风电发展报告北京：中国环境科学出版社，2008，10：172【12】 施鹏飞关于中国风电发展的思考电力技术经济，2006，18(4).：2123【13】 熊礼俭风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及规范使用手册北京：中国科技出版社，2003。8【14】 GBT 190732003风力发电机组一齿轮箱北京：中国标准出版社，2003【15】 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