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高效风能增速机的设计含9张CAD图,高效,风能,增速,设计,CAD
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高效风能增速机的设计目 录摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1课题背景11.2国内外风力发电历史进程11.3我国风力发电现状11.4风力发电机系统21.5风力发电机的结构简介21.6简单介绍增速系统（齿轮箱）3第二章 对于增速装置的结构设计42.1确定其传动方案42.2 装置的设计方案对于3Z（II）型行星齿轮增速器62.3计算62.3.1选取传动简图和其类型（行星齿轮）62.3.2计算配齿62.3.3 计算齿轮啮合的参数72.3.4结构设计7第三章 齿轮传动的回差分析93.1关于侧隙和回差的分析93.1.1侧隙的分类93.1.2不同种类侧隙之间的关系10第四章 总结11参考文献12致 谢13摘 要因为逐渐变少的化石燃料的原因，可再生的能源问题成了全国人民关心的重中之重的项目。首先就让人想到了一种非常丰富的可再生能源，那就是风能啊，因为它真的是解决了我国能源短缺的问题和污染问题，所以我国就开始出动大量的人力物力来研究它。其他国家也都在大力研究它，而且风力发电的优点也很多，风电场的建设周期短，占地空间也小。本篇论文描述了以下内容，确定了机械结构（增速箱），用了二级圆柱齿轮传动和一级行星，综合了工作环境的变量来确定传动部件的结构和齿轮副参数，分析了侧隙对回差的影响和齿轮传动中可能出现的三类回差来源是使用了回差分析理论，更是精确的计算了各级传动中的回差的大小，检验了结构精度的分配，并且提出了一些措施来减小回差。关键词：增速系统；行星传动比；齿轮传动；风力发电IIXXXABSTRACTBecause of the decreasing amount of fossil fuels, renewable energy has become thetop priority of the whole country. First of all, it makes people think of a very rich renewable energy, that is, wind energy. Because it really solves the problem of energy shortage and pollution in our country, our country has started to send a lot of human and material resources to study it. Other countries are also vigorously studying it, and there are many advantages of wind power generation. The construction cycle of wind farms is short, and the floor space is small.This paper describes the following contents, determines the mechanical structure (speed increasing box), uses the two-stage cylindrical gear drive and the first-stage planet, synthesizes the variables of the working environment to determine the structure of the transmission parts and the parameters of the gear pair, analyzes the influence of the side clearance on the backlash and the possible three types of backlash sources in the gear drive, which use the backlash analysis theory, and more accurately calculates each The size of the backlash in the stage drive verifies the distribution of the structural accuracy, and puts forward some measures to reduce the backlash.Key words: speed increasing system; planetary transmission ratio; gear transmission; wind power generationIII第一章 绪论1.1课题背景基于现如今矿石能源的短缺和其使用时造成的污染等问题，为了以后人类的进步发展，现如今需要，人们共同攻破这个难题。所以，党和国家开始格外重视发展可再生并且干净的新型能源，例如风能，我们国家有丰富的风能资源，而且风能发电成本很低，随着技术的不断进步，风能发电可以不断发展利用。这次设计响应了国家对新能源可持续发展的保护环境的号召，适应了现代技术进步和风能发电的广泛运用而设立众多风能发电设备的条件。而风能发电的风力电机组中主要的传动部件就是齿轮增速箱，所以，风力发电机设计的关键部分就是齿轮箱的设计。1.2国内外风力发电历史进程19世纪末的时候，世界人民开始发展起来了风力发电，这是一个好的开端；1973年的石油危机出现在了世界各个国家，风力发电在全球开始重视并发展起来；从此以后，美国、加拿大、英国、德国、丹麦、荷兰、瑞典等国家开始研究风力发电，并且投入了很多，风力发电得到进一步发展。2016年，美国在风电的应用上成为第一大可再生能源，并且其风电成本也较之前7年下降了百分之66；2017年，整个欧洲风电消费比例为百分之11.6，其中丹麦风电比例持续上升4个百分点，达到百分之44.4；德国比例为百分之20.8；英国比例为百分之13.5；2019年，风力发电项目的成本创新低，低于3美分/千瓦时的成本价格使风力发电成为全球最经济的绿色电力之一。1.3我国风力发电现状中国地大物博、物产丰富，能源储备也非常丰富。三分之二的多风地带致使我国有着33.13.亿千瓦的风能储量，其中2.61亿千瓦的风能储量已被实际开发利用，资源的丰富使我国有更好的条件来研究新能源。对于风能的研究，我们国家也从未停下脚步：在1999年，我国开发了15.8万台微小户型的风能发电机，25座网型的风能发电场，这些机器设备的总容量可达28万千瓦，其中最大的一台风能发电机容量可达600千瓦，但是我国的风能发电机组基本都是从德国、丹麦、比利时、美国等发达国家引进的。当时的中国由于资金的短缺、技术的不足以及政策法规的不相配套，导致风能等新型可再生能源的研究与发展缓慢，利用率和普及性都特别低，根本无法和当时的常规资源进行相提并论。近年来，随着人民生活水平的提高和对环境保护意识的加强，新型无污染可再生的能源，已经成为人们共同关注的话题。国家制定了相关的政策，来支持研究者们开发风能等新型能源。根据有关部门新闻报道，在2021年的今天，我国预计新增500GW，其中的121GW是可再生能源。在2021年之前，我国计划实现4500MW的风力发电总目标，并且会在全国各地贯彻实施。1.4风力发电机系统发电机和风力机是风力发电机的二大构成。发电机会使机械能变成电能，而风力机会使风能变成机械能，它们两个功能不同，各司其职。我们现在要设计风力发电机，并在它的机械方面考虑。(1) 有一种风轮是垂直轴的，其是按照形成转矩来分为两种类型的，有升力型，还有阻力型。现如今，大多都是升力型因为它的气动率效率高；(2) 有一种风力发电机组是水平轴的，其是根据风向来划分的，它可以分为下风向机组和上风向机组，就现在来说，下风向型风力发电机一般用于中、小功率机型；上风向型风力发电机用于大、网型风力发电机；1.5风力发电机的结构简介我们设计的是风能增速机，所以我们只设计分析风力发电机的增速系统的传动齿轮箱。如下图1所示，风力机的总体结构是由图中标注部位组成的，其结构有：1.轮毂；2.传动轴；3.塔架（支撑机舱和叶轮的）；5.风速风向仪；6.发电机；4.偏航装置；8.增速齿轮箱；7.刹车系统。注意：发电机轴与风轮轴中我给增加了增速器，也是因为发电机的转速太高，但是风轮的转速又太低；9.变桨距机构（控制叶片桨距角的变化）。图1风力机的内部结构图1.6简单介绍增速系统（齿轮箱）齿轮箱是其重要的一个部分的，齿轮箱可以将风轮在风力作用下生成的动力传送给发电机，使其有相应的转速，齿轮箱是风力发电机结构中的一个重要的零部件。同时齿轮箱也叫增速箱，因为风轮的转速很小，齿轮箱齿轮副的增速能力正好可以弥补风轮转速小的缺点，所以又叫它为增速箱。与风轮轮毂直接相连的传动轴被称为大轴，它使用胀紧套装置或者轴节连接的方法可以实现大轴与增速箱的一体放置。同时，为了增加风力发电机机组的制动能力，我们可以将一套刹车装置设置在增速箱的输入端和输出端，从而配合变桨距制动装置或者叶尖制动装置，实现对机组传动系统的联合制动。第二章 对于增速装置的结构设计传动装置它可以实现增速减速的功能，同时它也很重要，可以增大物体转矩，改变物体的运动形式，也可以传递和分配动力。通过链传动、带传动、齿轮传动、蜗杆传动等等传动方式可以实现装置的变速。其中应用最广泛的还是齿轮传动，因为齿轮传动的效率高，传递功率范围大，瞬时传动比恒定，而且有较长的寿命。齿轮传动也用于风力发电系统中的增速装置。根据不同的条件，齿轮传动也将有很多的类型分类：因为有齿轮硬度的不同分，可以分为硬、中硬和软齿面传动；如果按照工作条件的不同份：可以分为开式传动、半开式传动和闭式传动。在我国目前的情况下，如果当地运输条件好和安装便利且地形平坦，像内蒙、新疆以及沿海地区主要安装应用600KW的风机；如果当地安装不方便，运输条件也比较差，像是条件不理想的沿海地区，我们一般应用300KW的风机；风电机的功率达到了兆瓦，在1000KW2000KW中，但是这种风电机限制于条件水平下，应用其实很少。2.1确定其传动方案如下表2.1所示的各种齿轮箱，按照不同的指标可以分为不同类型的齿轮箱，下表2.1是按照常用的齿轮传动形式和传动的级数划分的不同类型，不同类型的齿轮箱都有自己不同传动特点，我们在设计时采用展开式传动形式设计即可。表2.1常用的齿轮传动形式名称传动方式简图传动的特征一种展开式的齿轮箱1. 轴刚度要大2. 简洁的结构3. 不对称的位置，其相对于轴承13青岛农业大学海都学院2018级毕业设计一种分流式的齿轮箱1. 拥有受载均匀的轴承2. 它有复杂的组成3. 载荷均匀分布在齿宽上4. 对称分布依据轴承同轴式1. 中间轴较长2. 轴向尺寸和重量较大3. 刚度差4. 横向尺寸小5. 沿齿宽受载分布不均匀分流同轴式1. 输入和输出轴只承受扭矩2. 轴颈尺寸小3. 每对啮合齿仅传递全部载荷的一半4. 中间轴只承受全部载荷的一半单级NGW1.重量和尺寸小2.具有较高的制造精度3.具有复杂的结构二级的NGW同单级NGW2.2 装置的设计方案对于3Z（II）型行星齿轮增速器现在对于一个行星齿轮增速器配给需要的风力发电装置来进行设计。通过已知条件可知：P123KW输入功率，n11600r/min输入转速，ip136传动比，ip0.01范围允许内的传动比偏差；我想的是设计一个行星齿轮，它的轮廓较小、拥有紧凑的传动结构和拥有高的传动功率。2.3计算2.3.1选取传动简图和其类型（行星齿轮）由于在上面我们设计分析了条件：外廓尺寸较小、传动功率较高和传动结构紧凑。根据我们查阅的相关数据可知知道行星齿轮传动的工作特点：3Z型行星齿轮的工作特点正好满足了我们的设计要求。而且具有单齿圈的3Z(II)型的安装、结构和传动更为符合我们的需求，其传动简图在下图给出。图2.Z(II)型的增速传动（行星齿轮）2.3.2计算and配齿由条件可知ze、zb，和zc分别是内齿轮e，b和行星齿轮c的齿数，我们需要根据3Z（II）型行星传动的传动比ip值和其齿轮计算公式来计算出来。我们应用np =3行星齿轮数目，za=15的中心轮的齿数目，这样就对应上外轮廓尺寸较小的特点。我们使ze -zb=np，这样可以获得较小的内齿轮e和b的齿数差，然后将ip、za和np的值代入计算公式，可以计算出来内齿轮b的齿数Zb：Zb=按照以上的已知条件，再把条件代入以下公式，可以计算得到内齿轮e的齿数Ze：Ze=Zb+np=71+3=74Ze-Za=74-15=59是奇数，所以再计算行星轮c的齿数Zc：zc=（ze-za）-0.5=29计算出结果后，我们同过进一步的验算得出实际传动比：ibae=135.1由此可知，它的传动比误差为：=0.008所以实际传动比是在传动比误差范围内的数值是135.1，所以行星传动各齿齿数为：Zb=70，Za=16、Zc=28、Ze=72。2.3.3 计算齿轮啮合的参数俺们用a表示齿轮的标准中心距，那么a-c啮合齿轮副和b-c啮合齿轮副和e-c啮合齿轮副：（毫米）（毫米）（毫米）通过数据可知，所以此行星齿轮传动的数值大小不能满足非变位的同心条件，这是由于三个齿轮副的标准中心距不相等导致的。2.3.4结构设计我们下一步需要对3Z(II)行星传动情况，进行进一步的具体结构设计，这个设计的根据应该是其传递功率的大小、转速的高低和工作特点等条件决定的。我们第一步要先确定a，即中心轮的结构，因为它的直径d比较起其他部件是较小的。我们要将a中心轮和输出轴连成一个整体，实现轮a的结构构型为齿轮轴那样的结构。先初步估算输入轴的直径，估算的根据是根据该行星的转速n和输入功率P为根据，然后再对轴进行轴的结构设计。我们要将轴制成阶梯形，这样可以方便轴上的零件拆装。在便于加工制造的同时，还要满足条件要求。=112=27mm我们首先选取它的直径为30mm，来实现其3-5的增大要求,将d1直径定为36mm来满足密封元件的孔径要求，并且将带有单键槽的输入轴的直径定为30mm，实现设计要求。轴承的轴向固定和在风电机上的定位，我们通过轴环连接来实现定位。=121=65毫米计算结果显示齿轮e与设计尺寸同体相连，不仅是作为输出轴，而且带有单键槽。选取d1为57mm，选择16X10的键槽。（1）为了将内齿轮b与箱体固定起来，通过以上尺寸在上面均已算出的条件我们可以用紧固螺钉使它们连接固定起来。（2）又因为齿轮轴的结构被运用到了内齿轮e运用了，现初步估算输出轴的直径（根据该轮的输入功率和转速），也使输出轴和轮E变成了一个整体，再对轴进行结构设计。总而言之，在满足要求的同时，还要便于加工制造。一个转臂的外廓尺寸适中，强度、刚度高，动平衡性好，质量小，加工和装配工艺良好，齿轮间距载荷分布均匀等等，才称得上是一个结构设计合理的转臂X。行星齿轮数应该与转臂x中所需连接板的数目相等。第三章 齿轮传动的回差分析风力发电系统中有一个非常重要的组成部分齿轮增速系统。而影响传动精度的误差其影响因素主要有传动误差，单向传动误差和回城误差。本此设计我们要求设计出的系统要具有高传动的精度，避免产生误差，这是由于我国规定的国家规定电力系统频率值决定。3.1关于侧隙和回差的分析3.1.1侧隙的分类侧隙的形成就是相啮合的齿轮厚有时会低于节圆上的齿槽宽度，又或者是两个相配齿轮在工作时，接触的工作齿面之外形成的间隙，通常是在两个非工作齿轮之间。对于侧隙的测量，不同的方式有三种：（1）沿分度圆度量（2） 沿啮合线度（3）沿轴线中心距度量径向侧隙jr。如下图图3.1所表示的就是侧隙。图3.1 同单位圆侧隙3.1.2不同种类侧隙之间的关系如下图3.2所表示的是不同种类侧隙之间的的关系，齿轮之间侧隙的关系的不同是由齿轮啮合形式的不同造成的。图3.2不同种类侧隙之间的的关系通过以上的计算分析，我们可以用公式表达侧隙的关系：上述公式中：n表示齿形角，它又被称为分度圆的压力角。我们用jt来表示另一种关系圆周侧隙，jt是一个线值，该值在一般情况下大小相同这是相对于两个相配齿轮来说的。而角度值的回差大小，是由分度圆半径的大小决定的。 青岛农业大学海都学院2018级毕业设计第四章 总结本次论文设计可谓说是经历了众多周折，有很多问题一直萦绕着我，但好在经历了老师和同学的帮助，最终完成了，一开始我先查阅了很多资料，确定了自己的想法，但是由于我的工作经验的的缺失，在做设计时遇到了很多难以解决的麻烦，好在老师和同学一直帮助我，才完成了这次设计。长时间不用软件画图，导致我画图软件的应用也基本上忘记，经过了一番恶补之后，可以基本应用。通过这次的毕业设计，我收获很多，我清楚了3Z（II）型行星齿轮增速器的工作原理及用途，也了解了它的结构特点和性能的优缺点，也使我懂得了更多，但同时我也提高了我的绘图能力，知识储备，我很高兴学校给予的这一份任务。青岛农业大学海都学院2018级毕业设计参考文献1 璞良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001 2 王昆主编.机械设计课程设计.武汉：华中理工大学出版社，19223 卢颂峰、王大康主编.机械设计课程设计.北京：北京工业大学出版社，19934 吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，19925 孙桓，陈作模主编.机械原理.第六版.北京：高等教育出版社，2002 6 成大先主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004 7 饶振纲编著.行星齿轮传动设计.北京：化学工业出版社，20038 王昆、罗圣国主编.机械零件课程设计挂图.北京：高等教育出版社，19869 中华人民共和国国家标准.技术制图与机械制图.北京：中国标准出版社，199610 齿轮手册编委会.上册.第二版.北京：机械工业出版社，199111 饶振纲.行星齿轮变速箱的设计与研究.传动设计，1999，（2）12 中国国家标准汇编.机械卷第1-12分册.北京：中国标准出版社，199313 中华人民共和国国家标准.GB/T272-93.滚动轴承的代号.北京：中国标准出版社14 周开勤主编.机械零件手册.北京：高等教育出版社，199415 Ye
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