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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CAD装配图，并构建了Pro/E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AutoCAD制图软件，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
Abstract
The rapid development of wind power industry has contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry, wind turbine gearbox is turbine matching products, is in wind turbine is an important mechanical transmission parts, its important function is the wind wheel under the action of the wind force generated by the dynamic force transmitted to the generator and the corresponding speed to generate electricity.
Firstly, according to the complexity of wind power gear box bearing load, the load were analysis, to determine the mechanical structure of the gear box, and select two stage planetary derived type transmission scheme, by calculating and determining levels of transmission gear parameters; secondly, the planetary gear transmission of stress analysis, obtained at all levels gear stress results and according to the standard of static strength check. The results accord with safety requirements; finally, draw assembly drawing CAD, and constructs a three-dimensional model of Pro / E.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.
Key words:Wind power; Growth gear box; Design; Verification
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2风力机齿轮箱国内外现状 1
1.2.1国内外发展现状 1
1.2.2国内技术现状 2
1.3行星齿轮传动概述 3
第2章 总体方案选定 5
2.1设计要求及参数选择 5
2.1.1设计要求 5
2.1.2参数选择 5
2.2方案选择 5
2.2.1方案论述 5
2.2.2方案确定 7
第3章 齿轮设计与校核 8
3.1第一级行星轮系传动设计与校核 8
3.1.1齿轮基本参数计算 8
3.1.2行星轮齿装配条件验算 8
3.1.3行星传动齿轮强度校核 9
3.2第二级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核 13
3.2.1基本参数计算 13
3.2.2齿轮强度校核 13
3.3第三级平行轴圆柱斜齿轮设计与校核 16
3.3.1基本参数计算 16
3.3.2齿轮强度校核 17
第4章 轴及轴上零件的设计与校核 20
4.1行星轮心轴的设计与校核 20
4.1.1初步确定轴的最小直径 20
4.1.2行星轮心轴强度计算 20
4.1.3行星轮轴承寿命计算 20
4.2圆柱齿轮传动中间齿轮轴设计 21
4.2.1初步确定轴的最小直径 21
4.2.2轴的结构设计 21
4.3圆柱齿轮传动输出轴的设计 23
4.3.1初步确定轴的最小直径 23
4.3.2轴的结构设计 23
4.4输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
5.1箱体设计 27
5.2齿轮箱的密封、润滑、冷却 27
5.2.1齿轮箱的密封 27
5.2.2齿轮箱的润滑、冷却 28
5.3齿轮箱的使用安装 29
第6章 基于Pro/E的三维设计 30
6.1 Pro/E软件概述 30
6.2三维模型设计 32
6.2.1齿轮 32
6.2.2行星架 33
6.2.3齿轮轴 33
6.2.4箱体、箱盖 34
6.3三维装配设计 34
总 结 35
参考文献 36
致 谢 37
第1章 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风力机齿轮箱国内外现状
1.2.1国内外发展现状
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。
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。
1.2.2国内技术现状
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。
1.3行星齿轮传动概述
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2K2H和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。
第2章 总体方案选定
2.1设计要求及参数选择
2.1.1设计要求
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Pro/E的参数化造型。
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
输入功率 880kw
额定功率： 800kw
额定输出转速： 1400~1600r/min
额定输入转速： 20~30r/min
增速比： 60~75
分度圆压力角： 20°
模数： 5~10
川公网安备: 51019002004831号