风力机增速齿轮箱设计【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 摘  要  风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣， 风力机 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。  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 ，并 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 ，并 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 。  通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。  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 买对应的 纸  14951605 或 1304139763 he of to of is is in is an is of by to to to of to of by of of at to of a  E. of of of of be to in is of  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 目  录  摘  要  . I .  1 章  绪论  . 1 题背景及意义  . 1 力机齿轮箱国内外现状  . 1 内外发展现状  . 1 内技术现状  . 2 星齿轮传动概述  . 3 第 2 章  总体方案选定  . 5 计要求及参数选择  . 5 计要求  . 5 数选择  . 5 案选择  . 5 案论述  . 5 案确定  . 6 第 3 章  齿轮设计与校核  . 8 一级行星轮系传动设计与校核  . 8 轮基本参数计算  . 8 星轮齿装配条件验算  . 8 星传动齿轮强度校核  . 9 二级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核  . 13 本参数计算  . 13 轮强度校核  . 13 三级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核  . 16 本参数计算  . 16 轮强度校核  . 17 第 4 章  轴及轴上零件的设计与校核  . 20 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 星轮心轴的设计与校核  . 20 步确定轴的最小直径  . 20 星轮心轴强度计算  . 20 星轮轴承寿命计算  . 20 柱齿轮传动中间齿轮轴设计  . 21 步确定轴的最小直径  . 21 的结构设计  . 21 柱齿轮传动输出轴的设计  . 23 步确定轴的最小直径  . 23 的结构设计  . 23 入轴连接形式选择及计算  . 25 第 5 章  箱体及其他部件的设计  . 27 体设计  . 27 轮箱的密封、润滑、冷却  . 27 轮箱的密封  . 27 轮箱的润滑、冷却  . 28 轮箱的使用安装  . 29 第 6 章  基于  的 三维设计  . 30  软件概述  . 30 维模型设计  . 32 轮  . 32 星架  . 33 轮轴  . 33 体、箱盖  . 34 维装配设计  . 34 总  结  . 35 参考文献  . 36 致   谢  . 37 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 第 1 章  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。  力机 齿轮箱 国内外 现状  内外发展现状  风力 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 风力机 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。    内 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 星齿轮传动概述  行星齿轮传动在我国已有了很多年的进展史，很久已有了应用。不过，自 20 百年 60 时代以来，我国才着手对行星齿轮传动施行了较深化、系统的研讨和试着制做办公。不管是在预设理论方面，仍然在试着制做和应用实践方面，均获得了较大的业绩 ,并取得了很多的研讨成果。近 20 积年来，特别是我国 改革开放以来，随着我国科技水准的进步提高和进展，我国已从天底下很多工业发达国度引进了数量多先进的机械设施和技术，通过我国机械科学技术担任职务的人不断积极的借鉴和克化，与时俱进，拓宽创新地尽力尽量奋勇前进，使我国的行星传动技术有了迅疾的进展 1。  本课题经过对行星齿轮降低速度器的结构预设，开始阶段的计算出各零件的预设尺寸和装配尺寸，并对牵涉到最后结果施行参变量化剖析，为行星齿轮降低速度器产品的研发和性能名声成功实现行星齿轮降低速度器规模化出产供给了参照和理论根据。经过本预设，要能弄懂该降低速度器的传动原理， 达到对所学知识的温习与强化，因此在往后的办公中能解决大致相似的问题。  我国的低速重载齿轮技术，尤其是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿造等阶段，从无到有逐层进展起来。除开摸索掌握制作技术外，在 20 百年 80 时代末至 90 时代初推广硬齿面技术过程中，我们还作理解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的办公。  （ 1）渐开线行星齿轮速率的研讨  行星齿轮传动的速率作为名声器传动性能优劣的关紧指标之一，国里外有很多学者对此施行了系统的研讨。如今，计算行星齿轮传动速率的办法众多，国里外学者提出了很多相关行星齿轮传动速率的计算办法，在 预设计算中，较常用的计算方有 3种：牙齿咬紧功率法、力偏移法、和转速比法（克莱依涅斯法），那里面以牙齿咬紧功率法的用场最为广泛，此办法用来计算平常的的 2 3K 型行星齿轮的速率非常便捷。  （ 2）渐开线行星齿轮均载剖析的研讨目前的状况  行星齿轮传动具备结构紧凑密切、品质小、大小小、承载有经验大等长处。这些个都是因为在其结构上认为合适而使用了多个行星轮的传动形式，充分利用了齐心轴齿轮之间的空间，运用了多个行星轮来分肩负荷，形成功率流，并合理的认为合适而使用了内牙齿咬紧传动，因此使其具有了上面所说的的很多长处。 为了更好的施展行星齿轮的优良性，均载的问题就成了一个非常关紧的课题。在结构方面，原先许多人需 要 购 买 对 应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 4 只尽力尽量地增长齿轮的加工精密度，因此要得行星齿轮的制作和装配变得比较艰难。后来经过时间采取了对行星齿轮的基本构件径向不加限止的专门处理办法和其他可半自动调位的办法。  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 第 2 章  总体 方案 选定  计要求及参数选择  计要求  独立设计 风力机增速齿轮箱 。 主要包含以下内容：  （ 1）增速齿轮箱方案选择与设计；   （ 2）传动齿轮设计计算及强度校核；  （ 3）传动轴和箱体设计计算及校核；  （ 4）基于  的参数化造 型。  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  输入功率  880定功率：  800定输出转速：  14001600r/定输入转速：  2030r/速比：  6075 分度圆压力角：  20 模数：  510 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 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  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 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。  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 速度，确定出这个减速机构的传动比范围。  取输入转速 ： 25 增速机构增速后的输出速度：i                    （ 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 880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 斜齿圆柱齿轮 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 8 第 3 章  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。  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 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  2         （ 4 太阳轮输入转矩为   0 6 21 6 6  6 1 6 021           （ 4 太阳轮轮齿上的转矩为  pp 4 要 购 买 对 应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1 4 9 5 1 6 0 5 10 式中  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 11 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 22 4  7 02 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 12 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 13 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           （ 4 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  69 9 0 2 斜 齿轮二  19 9 0 2 需 要 购 买 对 应 C A D 图纸  咨询 Q Q : 4 1