便携式行李箱创新设计.doc

机械创新设计课程设计报告 题目：5MW风电机组齿轮传动系统方案专业：机械设计制造及其自动化班级：七班 学号：1153010707、1153010723、1153010720、1153010729、1153010721姓名：彭智群、吴波、黄良伟、蒋勇杰、徐志强潇湘学院2014年 11 月 11 日目 录一、工作原理3二、设计数据4三、设计要求5四、设计方案5五、数据汇总并绘图11六、设计体会12七、参考文献13一、工作原理保证能源供应是人类社会赖以生存和发展的最重要条件之一。当今世界，能源与环境问题并列成为人类社会共同面临的重大挑战，影响着人类社会发展的进程与未来。缓解能源危机、开发可再生能源、实现能源的可持续发展成为世界各国能源发展战略的重大举措。风电作为可再生能源中现阶段能大规模商业化应用的重要类别，近年来在世界各国发展迅速，丹麦和德国等风电开发利用较好的欧洲国家计划在2020年左右风力发电量占到其国内总发电量的20%甚至更多。我国风电具有大规模发展的前景，我国可开发的风力资源至少有10亿千瓦，而我国目前的风电装机容量不到全国总装机容量的0.8%。随着风力发电的迅速发展，陆地风力发电的一些问题，如占用土地、影响自然景观、噪音、对周围居民生活带来不便等，逐渐暴露出来。由于海上风况整体优于陆地，随着风力发电技术的发展和产业规模的不断扩大，海上风电受到了人们越来越多的关注，并逐渐成为风电开发利用一个重要组成部分，欧洲已呈现出将风电机组从陆地移向近海的趋势。我国拥有18000km以上的海岸线，同时边缘海中岛屿5000多个，风能资源极其丰富，其中，沿海水深2-15米近海区域的风力资源可开发储量有7.5亿千瓦、是陆地风力资源的3倍，而且靠近我国的用电负荷中心。开发近海风电有利于实现我国能源发展的战略目标，是实现能源可持续发展的重大举措。 要想开发好海上风电，首先要开发出好的海上风力发电机组。而作为海上风电机组整机设计中最初的一个流程，传动链设计设计结果的好坏将直接导致整个设计的成败，是对整个设计结果影响最大的一个环节。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。二、设计数据1891年，丹麦人首先发明风电机组，到如今已经有一百二十三年的历史，而作为风电机组的重要组成部分，风电齿轮箱的发展尤为迅速。时至今日，国外主流风电机组已达到兆瓦级，其中丹麦已达到3MW，美国为1.5MW，而最高为5MW机组已于2006初在德国投入试运行。由于我国在商业化大型风力发电产业上起步较晚，技术上较欧美等风能技术发达的国家存在巨大差距。截至2010年，我国风电机组1MW以下的机组占总装机容量的70%，1MW2MW之间的风电机型却只占36%，2MW以上机型更少，仅占10%。根据国家发改委规划，我国未来的风电新增装机将以1.5MW、2MW机型为主，1MW以下机型所占比重将逐渐降低。综上所述，国内现状是：有丰富的资源，却严重缺乏大功率风电机型。所以本课题设计一款5MW的大功率风电机型。三、设计要求1、传动效率高；2、工作可靠性高；3、结构紧凑；4、使用寿命长；5、达到发电机发电所要求的转速；6、能在恶劣的环境下工作；四、设计方案1.1增速齿轮箱方案选择方案一：两级行星+一级平行轴圆柱齿轮传动方案二：一级行星+两级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。经过方案比较，5MW齿轮箱采用方案一：一级行星+两级平行轴的传动方案。为补偿不可避免的制造误差，行星传动一般采用均载机构，均衡各行星轮传递的载荷，提高齿轮的承载能力、啮合平稳性和可靠性，同时可降低对齿轮的精度要求，从而降低制造成本。对于具有三个行星轮的传动，常用的均载机构为基本构件浮动。由于太阳轮重量轻，惯性小，作为均载浮动件时浮动灵敏，结构简单，被广泛应用于中低速工况下的浮动均载，尤其是具有三个行星轮时，效果最为显著。设计齿轮箱的输入转速为12.1rpm,输出转速为1173.7rpm，转动比转动比1：97，由于增速比较大，按照此转动比，齿轮箱的结构形式可设计为：一级行星传动+两级平行轴传动。行星齿轮传动由于有多对齿轮同时参与啮合承受载荷，要实现这一目标行星轮系各齿轮齿数必须要满足一定的几何条件。（1）保证两太阳轮和系杆转轴的轴线重合，即满足同心条件Z1+2Z2=Z3（2）保证3个均布的行星轮相互间不发生干涉，即满足邻接条件（Z1+Z2）sin180/KZ2+2ha(3) 设计行星轮时，为使各基本构件所受径向力平衡，各行星轮在圆周上应均匀分布或对称分布。为使相邻两个行星轮不相互碰撞，必须保证它们齿顶之间，在连接线上有一定间隙。 保证在采用多个行星轮时，各行星轮能够均匀地分布在两太阳轮之间，即满足安装条件（Z1+Z3）/K=cC为整数，装配行星轮时，为使各基本构件所受径向力平衡，各行星轮在圆周上应均匀分布或对称分布。（4）保证轮系能够实现给定的传动比i1H，即满足传动比条件。当齿圈不动时有Z1-中心太阳轮齿数;Z2-行星轮齿数；Z3-内齿圈齿数；K-行星轮个数；传动比分配情况如下：行星轮传动比：i=6.8二级平行轴总传动比I=97/6.8=14.261.2行星轮传动设计根据经验选取螺旋角7.5度，压力角22.5度。1、 配齿计算，取，取，即C=70。742、 中心距与模数设计 为了计算输入转矩，需要先得到输入功率，而输出功率已知，则先要算出总的传动效率，设1234分别为一级行星轮传动、齿轮传动、轴承、弹性联轴器的传动效率，查表得1=0.98，2=0.97，3=0.99，4=0.97.则=0.86，=P/=5.81输入转矩设载荷不均匀系数Kc=1，（太阳轮浮动，查机械设计手册表取Kc=1）。428.45mm模数=8.04，取中心距mm3、 几何尺寸计算310mm1790mm740mm1.3两级平行轴传动设计1.3.1参数设计1. 两级平行轴的总传动比：14.26令，得，2.各轴转速3. 各轴输入转矩KM4. 各轴输入转矩521592.7N.m110213.3N.m33419.5 N.m1.4.2 第一级齿轮传动参数计算1. 初选小齿轮齿数Z1=31，大齿轮齿数Z2=i1Z1=133.6，取Z2=1342. 初选螺旋角=143. 按齿根弯曲疲劳强度设计 由齿面接触疲劳强度法面模数 小于由齿根弯曲疲劳强度计算法面模数 ,取 m=8满足接触疲劳强度，但为了同时满足弯曲疲劳强度，需按弯曲疲劳强度算来计算分度圆直径。mmmm1.4.3 第二级齿轮传动参数计算1.初选小齿轮齿数Z1=31，大齿轮齿数Z2=i1Z1=102.6，取Z2=1032.初选螺旋角=143.按齿根弯曲疲劳强度设计 由齿面接触疲劳强度法面模数 小于由齿根弯曲疲劳强度计算法面模数 ,取 m=7满足接触疲劳强度，但为了同时满足弯曲疲劳强度，需按弯曲疲劳强度算来计算分度圆直径。mmmm5、 数据汇总并绘图 齿轮模数齿数mm分度圆直径mm行星轮Za1031310Z b101791790Z c1074740第一级平行轴齿轮Z1831248Z281341072第二级平行轴齿轮Z1731217Z271037216、 设计体会 彭智群参与总体设计，分配创新设计任务，积极辅导与监督各成员完成设计任务。 黄良伟参与创新设计的资料查阅、数据计算以及文档编写，在此次创新设计中与小组成员一起努力解决遇到的困难、在一定的基础上提高我们对机械的认识，巩固了学过的课程。 吴波参与此次创新设计风电机组齿轮的工作原理资料查询，以及风电机齿轮的数据计算以及设计方案的选取，在此次创新设计中与小组成员一起讨论，相互合作，既完成了设计又巩固了专业课程知识。 徐志强参与了此次创新设计的设计方案的选择，方案一与方案二进行了比较，对它们的原理进行了分析，得出了其优缺点，而最终选出了最终方案，在这次创新设计中我学会了很多，并且增多了与同学间的交流。 蒋勇杰参与了此次创新设计的数据汇总与绘图，积极与组员交流沟通、处理遇到的各种难题，参与此次设计提高了自己的专业知识。在这次设计过程中，体现出团队设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现我们平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。这次的创新设计中不仅检验了我们所学习的知识，也培养了我们如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 创新设计是我们专业课程知识综合