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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
Abstract
The 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; Verification
目 录
中文摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2风电齿轮箱国内外现状 1
1.2.1风电齿轮箱国内外发展现状 1
1.1.2我国风电齿轮箱设计制造技术现状 2
2 总体方案的确定 3
2.1设计要求及参数选择 3
2.1.1设计要求 3
2.1.2参数选择 3
2.2方案选择 3
2.2.1方案论述 3
2.2.2方案确定 5
3 齿轮设计与校核 6
3.1第一级行星轮系传动设计与校核 6
3.1.1齿轮基本参数计算 6
3.1.2行星轮齿装配条件验算 6
3.1.3行星传动齿轮强度校核 7
3.2第二级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核 11
3.2.1基本参数计算 11
3.2.2齿轮强度校核 11
3.3第三级平行轴圆柱直齿轮设计与校核 14
3.3.1基本参数计算 14
3.3.2齿轮强度校核 15
4传动轴及轴上零件的设计与校核 18
4.1行星轮心轴的设计与校核 18
4.1.1初步确定轴的最小直径 18
4.1.2行星轮心轴强度计算 18
4.1.3行星轮轴承寿命计算 18
4.2圆柱齿轮传动中间齿轮轴设计 19
4.2.1初步确定轴的最小直径 19
4.2.2轴的结构设计 19
4.3圆柱齿轮传动输出轴的设计 21
4.3.1初步确定轴的最小直径 21
4.3.2轴的结构设计 21
4.4输入轴连接形式选择及计算 23
5 齿轮箱及其他部件的设计 25
5.1传动齿轮箱箱体设计 25
5.2齿轮箱的密封、润滑、冷却 25
5.2.1齿轮箱的密封 25
5.2.2齿轮箱的润滑、冷却 26
5.3齿轮箱的使用安装 27
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
1 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（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 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。
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600kW～800kW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。
2 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。
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