风力发电增速齿轮箱设计【原创含proe三维及7张CAD图】
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风力
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风力发电增速齿轮箱设计【含proe三维及7张CAD图】
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I风力发电增速齿轮箱设计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 CAD 装配图，并构建了 Pro/E 的三维模型。关键词：风电 增速齿轮箱 设计 校核IIAbstractThe rapid development of wind power industry has contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry, and the wind power growth gear box is the core component of the wind turbine, which has been paid much attention by domestic and foreign wind power related industries and research institutions. But because of the research of the domestic wind power gear box, the technology is weak, especially the MW level wind power gearbox, which mainly depends on the introduction of foreign technology. Therefore, it is urgent to carry out research on the development of the MW level wind power gear box, and the real master of the wind power gearbox design and manufacture technology, in order to achieve the localization of the wind turbine.In this paper, according to the complexity of the load of wind turbine gearbox, the load condition is analyzed and studied, and the mechanical structure of gear box is determined. Select the two stage planetary transmission scheme, through the calculation, determine the gear parameters at all levels of transmission. Secondly, the stress analysis of the planetary gear transmission is carried out. According to the standard static strength check, the results accord with safety requirements. Finally, the CAD assembly drawing is drawn, and the 3D model of Pro/E is constructed. Key words:Wind power; Growth gear box; Design; VerificationIII目 录中文摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 风电齿轮箱国内外现状 .11.2.1 风电齿轮箱国内外发展现状 .11.1.2 我国风电齿轮箱设计制造技术现状 .22 总体方案的确定 .32.1 设计要求及参数选择 .32.1.1 设计要求 .32.1.2 参数选择 .32.2 方案选择 .32.2.1 方案论述 .32.2.2 方案确定 .53 齿轮设计与校核 .63.1 第一级行星轮系传动设计与校核 .63.1.1 齿轮基本参数计算 .63.1.2 行星轮齿装配条件验算 .63.1.3 行星传动齿轮强度校核 .73.2 第二级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核 .113.2.1 基本参数计算 .113.2.2 齿轮强度校核 .113.3 第三级平行轴圆柱直齿轮设计与校核 .143.3.1 基本参数计算 .143.3.2 齿轮强度校核 .154 传动轴及轴上零件的设计与校核 .18IV4.1 行星轮心轴的设计与校核 .184.1.1 初步确定轴的最小直径 .184.1.2 行星轮心轴强度计算 .184.1.3 行星轮轴承寿命计算 .184.2 圆柱齿轮传动中间齿轮轴设计 .194.2.1 初步确定轴的最小直径 .194.2.2 轴的结构设计 .194.3 圆柱齿轮传动输出轴的设计 .214.3.1 初步确定轴的最小直径 .214.3.2 轴的结构设计 .214.4 输入轴连接形式选择及计算 .235 齿轮箱及其他部件的设计 .255.1 传动齿轮箱箱体设计 .255.2 齿轮箱的密封、润滑、冷却 .255.2.1 齿轮箱的密封 .255.2.2 齿轮箱的润滑、冷却 .265.3 齿轮箱的使用安装 .27总 结 .28参考文献 .29致 谢 .3011 绪论1.1 课题背景及意义经济、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（20062020 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 GW，风能资源有 250 GW，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。1.2 风电齿轮箱国内外现状1.2.1 风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。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，Renk，Flender 等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 GB/Tl9703-2003 和国际标准 IS081400-4：2005 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。 1.1.2 我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 600kW800kW 其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WinGear。此外郑州机械研究所还开发了基于 Solid Works 的智能型 CAE分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。342 总体方案的确定2.1 设计要求及参数选择2.1.1 设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。2.1.2 参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 2-1 所示。表 2-1 原始设计要求额定功率 500kW增速比 5272输出转速 14001600r/min输入转速 2435r/min分度圆压力角 20模数 5152.2 方案选择2.2.1 方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 2-1。5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 特点及应用展开式 60821i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 60821i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 60821i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两级圆柱齿轮传动同轴分流式 60821i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，轴颈尺寸可以缩小对于 0.5 兆瓦级风电齿轮箱，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。62.2.2 方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：28rpm取增速机构增速后的输出速度：1550rpm（2-1）36.52810i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
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