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风力发电机偏航传动系统的设计与分析【15张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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风力发电机偏航传动系统的设计与分析

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偏航行星减速器总装装配图.dwg

第一级与输入间箱体.DWG

第一级齿轮太阳轮轴键.DWG

第三级与第四级间箱体.DWG

第三级行星架花键.DWG

第二级行星架花键.DWG

第二级行星轮轴.DWG

第二级齿轮内齿轮.DWG

第二级齿轮太阳轮-花键1外花键.DWG

第二级齿轮行星轮.DWG

第四级与输出间箱体.DWG

第四级外花键输出轴.DWG

输入轴联轴器.DWG

输出端安装盖.DWG

输出端端盖.DWG

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关键词：: 风力发电机偏航传动系统设计分析全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

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[摘要]1

[Abstract]1

第1章引言2

1.1 风力发电和风力发电机简介2

1.2 风力发电技术的国内外发展现状2

1.3偏航减速器简介2

1.4课题意义4

第2章总体方案设计5

2.1 技术要求5

2.2 主要技术参数5

2.3 总体方案设计6

第3章行星轮传动设计计算8

3.1 方案设计8

3.2 传动比分配8

3.3 第一级行星齿轮传动9

3.3.1 配齿数9

3.3.2初步计算齿轮主要参数9

3.3.3几何尺寸计算10

3.3.4齿面疲劳强度校核11

3.3.5 第一级行星轮轴强度计算13

3.3.6第一级花键强度计算13

3.3.7 第一级轴承校核14

3.4 第二级行星齿轮传动16

3.4.1 配齿数16

3.4.2 初步计算齿轮主要参数16

3.4.3 几何尺寸计算17

3.4.4 齿面疲劳强度校核17

3.4.5第二级行星轮轴计算20

3.4.6第二级输出端花键副20

3.4.7第二级轴承校核20

3.5 第三级行星齿轮传动21

3.5.1 配齿数21

3.5.2 初步计算齿轮主要参数22

3.5.3几何尺寸计算23

3.5.4齿面疲劳强度校核23

3.5.5 第三级行星轮轴计算25

3.5.6 第三级输出端花键副26

3.5.7第三级轴承校核26

3.6 第四级行星齿轮传动27

3.6.1 配齿数27

3.6.2 初步计算齿轮主要参数27

3.6.3 几何尺寸计算28

3.6.4 齿面疲劳强度校核29

3.6.5第四级行星轮轴计算31

3.6.6第四级输出端花键副31

3.6.7第四级轴承校核32

3.7电动机输入处深沟球轴承校核33

第4章三维模型34

4.1输入轴部装爆炸视图34

4.2第一级行星架部装爆炸视图34

4.3第二级行星架部装爆炸视图35

4.4第三级行星架部装爆炸视图35

4.5第四级行星架部装爆炸视图36

4.6下箱体部装爆炸视图36

4.7偏航行星减速器总装爆炸视图37

第5章致谢38

参考文献39

附录40

风力发电机偏航传动系统的设计与分析

[摘要]本次毕业设计的任务是风力发电机偏航传动系统的设计与分析，经过设计计算和校核计算，完成了所有的数据，并绘制出了图纸。本文对风力发电机偏航减速器的设计过程进行了阐述。

在本文中，首先介绍了风力发电机的发展和构成，其次介绍了偏航减速器在风力发电机组中的作用以及它的发展情况。然后根据设计任务和技术要求，设计了整体方案。确定整体方案后，对偏航减速器的所有零部件进行了设计计算和校核计算，其中主要包括齿轮的设计和校核，行星轮轴的设计和强度计算，花键的选定，轴承的选定和寿命计算。还设计了偏航减速器的其他零部件和箱体，最后完成了所有的设计计算。

关键词：风力发电机、偏航减速器、齿轮、花键、轴、轴承

The design and analysis of the yaw speed reducer wind turbine

[Abstract]The task of this graduation project is the design of yaw speed reducer wind turbine. After the design calculations and check calculations, I completed all of the data, and draw out the engineering drawings. The article described the design process .

In this article, I described the development and composition of the wind turbine first.And then,I introduced the function of the yaw speed reducer in the wind turbine as well as its development. Then, according to the design tasks and technical requirements,I designed the overall program. After determining the overall program, I finished the design calculations and check calculations of all parts of the yaw gear. Which mainly include the design and verification of the gear，The design and strength calculations of the planetary axle, The selection of the spline,The selection and life spanning of the bearings.Also designed the other pares and the box of the yaw gear,Finally completed all the design calculations.

Keys:Wind turbine,Yaw speed reducer,Gear,Spline,Axis,Bearing

第1章引言

1.1 风力发电和风力发电机简介

风力发电机是将风的动能转换为电能的系统。风力发电机由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

风力发电具有以下两个方面的优点：一、风能发电对于环保贡献巨大。二、风力发电在世界范围发展迅速。我国的风力资源相当丰富，居世界首位，因此发展潜力十分巨大。目前开发还很不足，主要在内蒙、新和沿海一些地区，但是还没有形成真正的规模，有待于进一步的开发和探索。

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偏航行星减速器总装装配图.gif

第二级齿轮行星轮.gif

第二级齿轮内齿轮.gif

第二级齿轮太阳轮-花键1外花键.gif

第二级行星架花键.gif

第二级行星轮轴.gif

第三级行星架花键.gif

第三级与第四级间箱体.gif

第四级外花键输出轴.gif

第四级与输出间箱体.gif

第一级齿轮太阳轮轴键.gif

第一级与输入间箱体.gif

输出端安装盖.gif

输出端端盖.gif

输入轴联轴器.gif

内容简介：: 湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963015 姓名：李超众指导教师：彭锐涛完成日期： 2014.5.25 nts 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析学号： 2010963015 姓名：李超众专业：机械设计制造及其自动化指导教师：彭锐涛系主任：刘柏希一、主要内容及基本要求偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。它主要有两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的 PLC的 I/O 板，计算 10 分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机 (带失电制动 )，将机头朝正对的风向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。主要内容： 1. 了解大中型风力发电机系统的结构和原理； 2. 熟悉风力发电机偏航系统的工作原理及结构 ; 3. 基于三维设计软件 SolidWorks 完成减速箱偏航齿轮及轴承的设计，并运用 SolidWorks/motion 模块对包含这些零部件的偏航系统进行动力学仿真。基本要求：字数要求： 8000 字以上图纸在两张 A0 以上。二、重点研究的问题该设计的重点在于设计行星轮减速器；对内部零部件如行星轮、太阳轮、轴、内齿圈等进行设计计算并对轴承键等进行安全校核。运用 SolidWorks 对其进行三维造型并运用三维造型对其进行运动仿真。 nts 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间 1 资料收集 3.11 2 毕业设计开题 3.113.17 3 方案确定 3.22 4 设计计算 4.15 5 毕业设计中期检查 4.154.22 6 三维建模及动力学仿真 5.5 7 完善设计、翻译及论文撰写 5.25 8 毕业答辩 5.256.2 四、应收集的资料及主要参考文献 1.程乃士主编 .减速器和变速器设计与选用手册 M.北京：机械工业出版社， 2007. 2.廖念钊，古莹蓭，莫雨松等主编 .互换性与技术测量 M.北京：中国计量出版社， 2007. 3.濮良贵，纪名刚主编 .机械设计（第八版） M.北京：高等教育出版社， 2006. 4.徐灏主编 .机械设计手册 M.北京：机械工业出版社， 2006. 5.成大先主编 .机械设计手册单行本 M.化学工业出版社， 2004. 6.宫靖远主编 .风电工程技术手册 M.北京：机械工业出版社， 2007. 7.Erich Hau 编著 .Wind Turbines.SpringerM.2005. 8.陈超祥主编 .SolidWorks Motion 运动仿真教程 M.北京：机械工业出版社， 2012. 9.陈超祥主编 .SolidWorks Simulation 基础教程 M.北京：机械工业出版社， 2012. 10.CADCAMCAE 技术联盟主编 .SolidWorks 2012 中文版从入门到精通 M.北京：清华大学出版社， 2012. 11.姚兴佳主编 .风力发电技术讲座 M.沈阳工业大学风能技术研究所， 2006. nts 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963015 姓名李超众专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析评价项目评价内容选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该设计符合专业培养目标，能够达到综合训练目标，题目有一定难度，工作量大。选题具有一定的研究意义。该生查阅资料能力强，能够全面收集关于制钵机的资料。具备了一定的专业理论的综合运用能力，设计过程中能够综合运用所学知识分析问题和解决问题，能够很好地运用 AUTO-CAD 绘图软件绘制装配图和零件图，所绘制的装配图与零件图错误较少，基本达到工程图的要求。说明书内容完整，格式正确。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求。评阅人： 2014 年 5 月 30 日 nts 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010963015 姓名：李超众专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书） 40 页图表 15 张论文（设计）题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析内容提要：偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。它主要由两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的 PLC 的 I/O 板，计算 10 分钟平均风向与偏航角度绝对值比较，输出指令驱动四台偏航电机 (带失电制动 )，将机头朝正对的风向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。通过本次毕业设计了解了大中型系统的结构和原理；熟悉了风力发电机偏航系统的工作原理及结构 ;基于三维设计软件 SolidWorks 完成了减速箱偏航齿轮及轴承的设计，设计了行星轮减速器；对内部零部件如行星轮、太阳轮、轴、内齿圈等进行设计计算并对轴承键等进行了安全校核。运用 SolidWorks 对其进行了三维造型。 nts 指导教师评语选题符合培养目标，总体设计方案正确，达到综合训练的目的。该生在毕业设计过程中，学习态度好，遵守学校的纪律，认真完成老师布置的设计任务，团结同学，待人热情，态度非常认真；能独立思考解决问题，查阅参考资料。说明书结构较严谨，格式基本正确，文字基本通顺，但图纸中存在少量错误。同意其参加答辩，建议成绩评定为良。指导教师：年月日答辩简要情况及评语答辩小组组长：年月日答辩委员会意见答辩委员会主任：年月日 nts 目录摘要 - 1 Abstract - 1 第 1 章引言 - 2 1.1 风力发电和风力发电机简介 - 2 1.2 风力发电技术的国内外发展现状 - 2 1.3偏航减速器简介 - 2 1.4课题意义 - 4 第 2 章总体方案设计 - 5 2.1 技术要求 - 5 2.2 主要技术参数 - 5 2.3 总体方案设计 - 6 第 3 章行星轮传动设计计算 - 8 3.1 方案设计 - 8 3.2 传动比分配 - 8 3.3 第一级行星齿轮传动 - 9 3.3.1 配齿数 - 9 3.3.2初步计算齿轮主要参数 - 9 3.3.3几何尺寸计算 - 10 3.3.4齿面疲劳强度校核 - 11 3.3.5 第一级行星轮轴强度计算 - 13 3.3.6第一级花键强度计算 - 13 3.3.7 第一级轴承校核 - 14 3.4 第二级行星齿轮传动 - 16 3.4.1 配齿数 - 16 3.4.2 初步计算齿轮主要参数 - 16 3.4.3 几何尺寸计算 - 17 3.4.4 齿面疲劳强度校核 - 17 3.4.5第二级行星轮轴计算 - 20 3.4.6第二级输出端花键副 - 20 3.4.7第二级轴承校核 - 20 3.5 第三级行星齿轮传动 - 21 3.5.1 配齿数 - 21 3.5.2 初步计算齿轮主要参数 - 22 3.5.3几何尺寸计算 - 23 3.5.4齿面疲劳强度校核 - 23 3.5.5 第三级行星轮轴计算 - 25 nts 3.5.6 第三级输出端花键副 - 26 3.5.7第三级轴承校核 - 26 3.6 第四级行星齿轮传动 - 27 3.6.1 配齿数 - 27 3.6.2 初步计算齿轮主要参数 - 27 3.6.3 几何尺寸计算 - 28 3.6.4 齿面疲劳强度校核 - 29 3.6.5第四级行星轮轴计算 - 31 3.6.6第四级输出端花键副 - 31 3.6.7第四级轴承校核 - 32 3.7电动机输入处深沟球轴承校核 - 33 第 4 章三维模型 - 34 4.1输入轴部装爆炸视图 - 34 4.2第一级行星架部装爆炸视图 - 34 4.3第二级行星架部装爆炸视图 - 35 4.4第三级行星架部装爆炸视图 - 35 4.5第四级行星架部装爆炸视图 - 36 4.6下箱体部装爆炸视图 - 36 4.7偏航行星减速器总装爆炸视图 - 37 第 5 章致谢 - 38 参考文献 - 39 附录 - 40 nts 1 风力发电机偏航传动系统的设计与分析摘要本次毕业设计的任务是风力发电机偏航传动系统的设计与分析，经过设计计算和校核计算，完成了所有的数据，并绘制出了图纸。本文对风力发电机偏航减速器的设计过程进行了阐述。在本文中，首先介绍了风力发电机的发展和构成，其次介绍了偏航减速器在风力发电机组中的作用以及它的发展情况。然后根据设计任务和技术要求，设计了整体方案。确定整体方案后，对偏航减速器的所有零部件进行了设计计算和校核计算，其中主要包括齿轮的设计和校核，行星轮轴的设计和强度计算，花键的选定，轴承的选定和寿命计算。还设计了偏航减速器的其他零部件和箱体，最后完成了所有的设计计算。关键词：风力发电机、偏航减速器、齿轮、花键、轴、轴承 The design and analysis of the yaw speed reducer wind turbine AbstractThe task of this graduation project is the design of yaw speed reducer wind turbine. After the design calculations and check calculations, I completed all of the data, and draw out the engineering drawings. The article described the design process . In this article, I described the development and composition of the wind turbine first.And then,I introduced the function of the yaw speed reducer in the wind turbine as well as its development. Then, according to the design tasks and technical requirements,I designed the overall program. After determining the overall program, I finished the design calculations and check calculations of all parts of the yaw gear. Which mainly include the design and verification of the gear， The design and strength calculations of the planetary axle, The selection of the spline,The selection and life spanning of the bearings.Also designed the other pares and the box of the yaw gear,Finally completed all the design calculations. Keys:Wind turbine,Yaw speed reducer,Gear,Spline,Axis,Bearing nts 2 第 1 章引言 1.1 风力发电和风力发电机简介风力发电机是将风的动能转换为电能的系统。风力发电机由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电具有以下两个方面的优点：一、风能发电对于环保贡献巨大。二、风力发电在世界范围发展迅速。我国的风力资源相当丰富，居世界首位，因此发展潜力十分巨大。目前开发还很不足，主要在内蒙、新疆和沿海一些地区，但是还没有形成真正的规模，有待于进一步的开发和探索。 1.2 风力发电技术的国内外发展现状在一些发达国家，风力发电的建设已经到了一定的成熟阶段。国外风电发展速度非常快，装机容量以每年 30的速度增长。就目前情况看，欧洲的风力发电机研发水平最高，其中以德国与丹麦发展风力发电机最为积极。亚洲的风电事业也蓬勃兴起，到2002 年初，装机总容量达到 2220MW 占世界风电装机总容量的 9.1%。其中印度发展最为迅速，风力发电是一种比较清洁的发电体系，我国的风能资源十分丰富，可开发利用的风能储量约 10 亿 kW，其中，陆地上风能储量约 2.53 亿 kW，海上可开发和利用的风能储量约 7.5 亿 kW。风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。但是，风力发电要求的技术含量较高，成本高，对风装置用不长久。其中，风力发电对风装置的研制还处在初期阶段。风力发电作为未来可取代传统能源的“绿色能源”之一，其发展的速度在诸如太阳能、生物质能和潮汐能等可再生能源中是最具有市场化规模及前景的。虽然我国的风电事业起步比较晚，但在国家政策大力支持下，过去 10 年的风力发电装机容量年均增长速度达到了 55%以上，前景很好。 1.3 偏航减速器简介世界各国的风力发电机除了有一台将螺旋桨的低速转动变为适合发电的高速转动的增速机之外，还有 4 至 6 台偏航减速机，在风向发生变化时，及时将发电机转到对准风向。作为风电发电系统的重要组成部分，偏航驱动系统主要功能就是捕捉风向，控制机舱平稳、精确、可靠的对风。因此，偏航驱动系统的设计显得十分重要。偏航减速器中包括 3 6 级行星齿轮减速装置，电机输入轴以及输出轴和输出齿轮等部件。在高速重载的情况下通过行星齿轮减速来达到速度要求和扭矩要求。偏航减速机是风力发电的主要装置 ,它的研究和开发是风电技术的核心之一，目前主流的偏航减速机器正向轻型、高效、高可靠性方向发展。风力发电偏航减速机工作在高空环境 ;偏航减速机作为风力发电系统配套部件一起nts 3 组装，目前国内 750kw 增速的偏航减速机安装高度在 40 一 50m， 850kw 增速的偏航减速机在 60 一 70m， 1.5MW 增速的偏航减速机在 80 一 100m，国际上 3MW 增速的偏航减速机安装高度在 120 一 140m。功率增加，偏航减速机安装高度显著增加，与减速机功率增加相对应的还有减速机重量的增加，增速器功率提高，会引发增速器安装高度，增速器重量相应一并提高，极大地增加了安装和以后维护的费用，而增速机的安装高度与叶片的长度以及风能利用有关，一旦确定很难改变，风力发电设备体积庞大，装拆非常不便，因此需要在设计阶段通过优化设计来实现减速机的轻量化。由于风向的不停变化，获得最大的风能利用率，偏航系统也需要不停的根据风向的变化调整对风。由于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向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，作为偏航系统的机械传动部件的偏航减速机其工作条件相对比较恶劣。故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。另外由于风机机体内部预留空间的限制，使得偏航减速机的安装空间也很有限，因此要求在满足载荷的条件下，实现偏航减速机的结构简单、轻量、小体积等。对整个设备的安装维护都会带来很大的方便。因此可以看基于重量和强度的偏航行星减速机行星传动系统的优化设计，对于偏航减速机来说具有重大的现实意义。偏航减速机用于风力发电机的偏航控制系统中，用来调整风力发电机主轴的转向以便获得最大的风力来源，偏航减速机是风力发电机控制系统中必不可少的装置之一，对于风力发电机产生的发电量大小具有极其重要的作用。偏航系统一般都是通过电机来驱动偏航减速机来调整机头的转向。因此偏航减速机需要有大速比的减速，针对大速比减速的要求和体积限制目前主流的偏航减速机都采用行星齿轮传动的形式。渐开线行星齿轮传动具有以下优点：（ 1）结构紧凑，重量轻，体积小，对于行星传动，由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，故使得每个齿轮所承受的负荷较小，所以可采用较小的模数，此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其结构紧凑、重量轻，而承载能力却很大。也就是说，行星齿轮传动具有功率分流和动轴线的运行特性，而且各中心轮构成共轴线式的传动，加之合理地应用内啮合，因此其结构非常紧凑，一般来说，在相同载荷下行星齿轮传动的外廓尺寸和重量约为普通齿轮传动的 1/2 一 1/6，传动效率高，由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能相互平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用，在传动类型选择恰当，结构布置合理的情况下，其传动效率可达 97%一 99%；（ 3）运转平稳，抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡，同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动运行平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 nts 4 1.4 课题意义世界经济快速的发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。目前全世界风电装机容量达到 490 万千瓦，而且还在以年均 60的速度增长，反映了当今国际电力发展的一个新动向。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备，应该积极发展。我国国内生产风力发电对风装置的厂家很少，其中重庆齿轮厂在这方面的研究最为突出。主要是因为这种减速装置需要承受特别大的载荷，所以要求各个零部件的可靠性高。它的工作环境非常恶劣，一般是安装在沙丘和海边，工作温度为 -20 50。而且，偏航减速器的安装位置很高，一般安装在塔台上，所以维修及其困难，所以，一般要求偏航减速器的工作寿命达到 20 年。因此，偏航减速器的可靠性是各个研究所和生产厂家重点研究的内容。目前，我国风电设备主要依赖进口，在己建成的 1864 台风电机组中 80%的设备是进口的，由于设备价格高昂导致中国的风电项目成本居高不下，给风电产业带来了严重影响，另外，进口设备在中国气候条件下的不适应及大量损坏部件得不到及时更换等问题更阻碍了中国风电产业的健康发展 ,因此开展风电关键部件的研究对于风电产业的发展具有重要的现实意义，由于国家和企业投入的资金较少，缺乏基础研究积累和人才，我国在风力发电机组的研发能力上还有待提高，总体来说还处于跟踪和引进国外的先进技术阶段。国内定型风电机组的功率均为兆瓦级以下，最大 750 千瓦，而市场需要以兆瓦级为主流，国内风电机组需要进行技术路线的跨越式发展，技术路线跨度巨大，因此国内的主要的风电产品厂家都采用了引进、消化、吸收的策略、但是目前引进的图纸虽然先进，但受限于国内配套厂的技术、工艺、材料等原因，导致国产化的零部件质量、性能无法达到国外产品的等级，在图纸的国产化过程中往往采用降低精度，加大尺寸的策略，使得国产化后的产品往往比较笨重，偏航减速机齿轮以渐开线齿轮为主，人们对标准的渐开线齿轮已经有了一套比较成熟的设计方法。目前进口偏航行星减速机性能优异的原因主要是零件加工精度高，结构设计考虑周到，以及特殊材料的使用，国内设计人员在设计行星轮系的时候往往是依据经验进行参数试凑，相同载荷情况下，往往无法得出与国外的产品接近的参数，因此对偏航行星减速机的齿轮传动参数进行优化研究，对于产品体积和重量的控制以及减少不必要的材料浪费具有重要意义。在这样的背景下，提出关于偏航减速器的设计这个课题，是符合现代的生产潮流和需求的。设计一个可靠性高，生产成本低的偏航减速器对风力发电具有极其重要的作用。 nts 5 第 2 章总体方案设计 2.1 技术要求 1、设计、计算及精度要求 1）偏航减速器所有齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的校核计算应符合 ISO6336的相关规定。 2）偏航减速器的所有齿轮的静强度计算应符合 ISO6336的相关规定。 3）对采用的轴承必须根据静态载荷和使用寿命来确定轴承的规格，轴承的计算应符合 ISO76和 ISO281的相关规定。 4）偏航减速器内太阳轮和行星轮的精度要大于或等于 6级，内齿圈精度不低于 7级。 5）螺纹连接部分的计算应按照 GB/T 16823.1-1997的相关规定进行，螺纹强度等级不低于 8.8级。 6）偏航减速器必须采用油杯内置结构。 2、材料要求偏航减速器的材料应根据设计计算进行材料选择，其主要零部件材料应按下列材料进行选取：太阳轮 17CrNiMo6 行星轮 17CrNiMo6 输出轴 17CrNiMo6 内齿圈 42CrMo 2.2 主要技术参数 1、偏航减速器技术要求额定功率 4.8KW 额定输入转速 950RPM 额定输出力矩 60000N m 最大输出力矩 150000N m 传动比 1300 5% 使用场合系数 KA: 1.3 使用场合系数 Ka（静态）： 1.0 接触强度安全系数 SH: 1.1 接触强度安全系数 SH（静态 min）： 1.0 弯曲强度安全系数 SF: 1.25 弯曲强度安全系数 SF（静态 min） : 1.25 密封件 NBR系列设计寿命 20年 nts 6 运行环境温度 -30 +40 生存环境温度 -40 +50 重量约 780Kg 噪声（声功率级） 85Db(A) 2、偏航输出齿轮技术参数模数 m： 20 齿数 Z1: 14 压力角： 20 齿面宽度 b： 170mm 变位系数： 0.5 齿面硬度 HRC： 58 2.3 总体方案设计方案一：如图 2-1所示图 2-1 三级行星齿轮传动此方案采用三级行星齿轮传动，由 i=1300，得 i1=9.5， i2=9.0,i3=15.2，因为减速器传动比应越来越小，且减速器沿输出方向转速越来越小，而转矩越来越大，因此，此方案不合理。方案二：如图 2-2所示图 2-2 四级行星齿轮传动 nts 7 此方案采用四级行星齿轮传动，由 i=1300，得 i1=9.2， i2=8.1,i3=5.2， i4=3.5,因为减速器传动比应越来越小，且减速器沿输出方向转速越来越小，而转矩越来越大，因此，此方案合理。综上所述，选择方案二。综合上述设计参数，此偏航减速器具有传递扭矩大、传动比大、径向尺寸受限、立式安装、工作环境恶劣等特点，本偏航减速器设计为立式四级渐开线齿轮行星传动。电动机通过键传动与第一级太阳轮相联，第一传动级之间均采用渐开线花键联接，太阳轮与花键做成一体式。同时，为避免太阳轮磨损过快和便于调整轴向窜动量，上一级太阳轮与下一级花键间采用摩擦块相联。为了节省材料和减少成本，四级内齿圈都与箱体分开制造，第一、二、三级内齿圈螺钉和箱体连接在一起，第四级内齿圈用螺栓和箱体连接在一起。四级行星齿轮传动采用脂润滑，输出轴与小齿轮为一体式，输出轴的轴承采用脂润滑。 nts 8 第 3 章行星轮传动设计计算 3.1 方案设计根据传动比 i=1300，选用四级 NGW 型串联式结构，即 13004321 iiii。第一、二级行星轮个数均选wn=3，第三、四级行星轮个数选wn=4。第二、三、四级太阳轮浮动，第一、二、三级行星转架浮动并与下一级浮动太阳轮用花键联接并传递扭矩。齿轮箱传动采用压力角 20 的直齿轮传动。精度等级为外齿轮为 6 级，内齿轮为 7 级。为提高齿轮承载能力，第一、二级行星齿轮传动均采用变位齿轮传动，外啮合 24ac，内啮合 20cb。根据技术协议内容，太阳轮材料选用 17CrNiMo6，渗碳淬火，表面硬度大于 58HRC，limH=1358MPa， 390lim F MPa。行星轮材料选用 17CrNiMo6，渗碳淬火，表面硬度大于 58HRC，limH=1358MPa， 390lim F Mpa。内齿轮材料选用42CrMo，渗氮，表面硬度为 50HRC，limH=780MPa， 255lim F MPa。输出轴材料选用 17CrNiMo6。 3.2 传动比分配减速器传动比的分配，由于单级齿轮减速器的传动比最大不超过 10，当总传动比要求超过此值时，应采用二级或多级减速器。此时就应考虑各级传动比的合理分配问题，否则将影响到减速器外形尺寸的大小、承载能力能否充分发挥等。根据使用要求的不同，可按下列原则分配传动比：（ 1）使各级传动的承载能力接近于相等；（ 2）使减速器的外廓尺寸和质量最小；（ 3）使传动具有最小的转动惯量；（ 4）使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。多级减速器各级传动比的分配，直接影响减速器的承载能力和使用寿命，还会影响其体积、重量和滑。传动比一般按以下原则分配：使各级传动承载能力大致相等；使减速器的尺寸与质量较小；使各级齿轮圆周速度较小；采用油浴润滑时，使各级齿轮副的大齿轮浸油深度相差较小。低速级大齿轮直接影响减速器的尺寸和重量，减小低速级传动比，即减小了低速级大齿轮及包容它的机体的尺寸和重量。增大高速级的传动比，即增大高速级大齿轮的尺寸，减小了与低速级大齿轮的尺寸差，有利于各级齿轮同时油浴润滑；同时高速级小齿轮尺寸减小后，降低了高速级及后面各级齿轮的圆周速度，有利于降低噪声和振动，提高传动的平稳性。故在满足强度的条件下，末级传动比小较合理。减速器的承载能力和寿命，取决于最弱一级齿轮的强度。仅满足于强度能通得过，而不追求各级大致等强度常常会造成承载能力和使用寿命的很大浪费。通用减速器为减少齿轮的数量，单级和多级中同中心距同传动比的齿轮一般取相同参数。按等强度设计nts 9 比不按等强度设计的通用减速器约半数产品的承载能力可提高 10%-20%，和强度相比，各级大齿轮浸油深度相近是较次要分配的原则，即使高速级大齿轮浸不到油，由结构设计也可设法使其得到充分的润滑。根据上述设计要求可知，该行星齿轮减速器传递功率高、传动比较大、工作环境恶劣等特点，故采用四级行星齿轮传动。按各级行星齿轮传动齿面接触等强度的传动比分配原则进行分配，取 : i1=9.2; i2=8.1; i3=5.2; i4=3.5; 3.3 第一级行星齿轮传动 3.3.1 配齿数根据前面所选的传动比，按变位传动选配齿数。从抗弯强度和必要的工作可靠性出发，取 12az，由传动比条件可知， 4.9812.91111 izz ab，取 102bz由装配条件可知， 383 10212 w ba n zzn，满足条件，取 102bz， 383 10212 wba n zzn， n为整数，满足条件计算行星轮齿数： 452 121022 abc zzz ，取 45cz 5.911210214 abzzi配齿结果： 12az102bz45cz。 3.3.2 初步计算齿轮主要参数 1、按齿面接触强度初算小齿分度圆直径 3l i m211 1uuKKKTKdHdHHPAtd （ 1）式中 1d 太阳轮分度圆直径 tdK 算式系数，由于是一般的钢制齿轮，直齿传动取 tdK =766 1T 一对啮合副中小齿轮名义转矩（ Nm） 08.163/25.48/1 wnTT N AK 使用场合系数，根据 GB/T 19073-2003 中的规定，选 AK =1.30 HPK 计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数，根据 4表 7.3-7，选 HPK =1.05 nts 10 HK 综合系数，根据 4表 7.3-4，选HK=2.0 d 小齿轮齿宽系数，按 4表 7.3-3 选 65.0)( adlimH 试验齿轮的接触疲劳极限（ MPa），取 limH =1358MPa u 齿数比， 75.31245 aczzu将各数值代入（ 1）式中，解得 52.2775.3 175.3135865.0 0.205.13.108.16766 3 21 d mm 2、按轮齿抗弯强度初算齿轮模数 3l i m2111FdFaFFPAtmn z YKKKTKm （ 2）式

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