风力发电机齿轮增速箱论文

1、-. z摘 要 风电产业的飞速开展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国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展自主开发研究，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。本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进展自主设计。1根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性，对其载荷情况进展了分析研究,确定齿轮箱的机械构造。选取两级行星派生型传动方案，在此根底上进展传动比分配与各级传动参数如模数，齿数，螺旋角等确实

2、定；通过计算，确定各级传动的齿轮参数；选择适当的齿轮。 2对行星齿轮传动进展受力分析，得出各级齿轮载荷结果。依据标准进展静强度校核，结果符合平安要求。 3绘制CAD装配图，并确定恰当合理参数。 关键词：风电齿轮箱；风力发电；构造设计。-. zABSTRACT The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industryAs the core ponent of wind turbine，the gearbo* is receiv

3、ed much concern from related industries and research institution both at home and abroadHowever, due to the domestic research of gearbo* for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbo* for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technologyTherefor

4、e，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbo*，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization1The load Cases of gearbo* for wind turbines ale analyzed，and the interrelation of loading cycle numbers

5、 under different torque levels is deduced according to the curve of materialsfatiguethe mechanical structure of gearbo* is determinedThe two-stage derivation planetary transmission scheme is selectedThe gear parameters of every stage transmission is calculated，and the force analysis results is obtai

6、ned2the static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standardThe result shows that it is accord with safety requirements3Draw CAD drawings, and determine appropriate reasonable parameters. KEYWORDS：Gearbo* for Wind Turbine；the wind power；Structure Design.目 录 TOC

7、 o 1-3 u 第一章前言 工作硬化系数 而平安系数 代入上述值：得到 故符合要求，具有高的可靠度。2中间级接触强度计算参照上述低速级接触强度计算步骤和公式，得到中间级齿面计算接触应力各项系数如下表所示：系数值1.31.0251.1312.252189.80.87450.9950.91 代入以上系数，计算接触应力按接触应力 =928.74 计算平安系数 =1.438 故符合要求。3高速级接触强度计算参照上述低速级接触强度计算步骤和公式，得到高速级齿面计算接触应力各项系数如下表所示：系数值1.31.061.38312.33189.80.72940.9850.911代入以上系数，计算接触应力 按

8、接触应力 =961.76 计算平安系数=1.42 故符合要求。传动轴的设计与校核在传动轴的初步设计过程中，由于传动轴支撑和其他零件的位置，作用载荷等需要设计确定。首先可根据主轴传递扭矩初定出最小轴径，再以此为根底进展构造设计和强度校核。3.1 低速级传动轴尺寸参数计算与校核3.1.1低速级传动轴尺寸参数计算低速级传动轴经上述计算，传动的功率=5378.8kw，转速，齿轮宽度 。因为传递的功率适中，并对重量及构造尺寸无特殊要求，参考机械设计手册。选用的材料45钢，调质处理。根据轴的直径计算公式：计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响.查机械设计手册得A=106135，取A=125初定最小直

9、径轴的构造如下列图所示图3-1 低速轴零件图由上图的知，低速级传动轴不长，采用两端螺钉固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，确定轴各数据。3.1.2低速级传动轴的强度校核齿轮采用的是直齿，因此轴主要承受扭矩，其工作能力按扭转强度条件计算。根据以上情况，可得低速级传动轴的受力简图：图3-2 低速轴受力图 由上受力图经行轴的强度校核 扭转强度条件为： mm 45钢3040 轴的强度满足要求。式中，轴的扭转切应力， ；轴所受的扭矩， ；轴的抗扭截面模量， ；轴的转速， ；轴所传递的功率，Kw;轴的许用扭转切应力，；取决于轴材料的许用扭转切应力 的系数，其值可查机械设计手册。 故满足强度要求。3.2中间

10、级传动轴的设计计算与校核3.2.1中间级传动轴尺寸参数计算中间级传动轴经上述计算，传动的功率=5271.2kw，转速，齿轮宽度。因为传递的功率适中，并对重量及构造尺寸无特殊要求，参考机械设计手册。选用的材料45钢，调质处理。根据轴的直径计算公式：计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响查机械设计手册得A=106135，取A=125初定最小直径轴的构造如下列图所示图3-3 中间轴零件图由上图的知，中间级传动轴不长，采用两端螺钉固定方式。然后按轴上零件的安装顺序，确定轴各数据。3.2.2中间级传动轴的强度校核齿轮采用的是直齿，因此轴主要承受扭矩，其工作能力按扭转强度条件计算。根据以上情况，经行

11、轴的强度校核。 扭转强度条件为： mm 45钢3040 根据条件，按照强度校核公式计算：故满足强度要求。3.3 高速级传动轴的设计计算高速级传动轴经上述计算，传动的功率=5060.2kw，转速，齿轮宽度。 因为传递的功率适中，并对重量及构造尺寸无特殊要求，参考机械设计手册。选用的材料，调质处理。根据轴的直径计算公式： 计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响 查机械设计手册得A=106135，取A=125初定最小直径轴的构造如下列图所示图3-4 高速轴零件图3.4输出传动轴的设计计算高速级传动轴经上述计算，传动的功率=5000kw，转速，齿轮宽度。因为传递的功率适中，并对重量及构造尺寸无特

12、殊要求，参考机械设计手册。选用的材料，调质处理。根据轴的直径计算公式： 计算轴的最小直径并加大3%用来考虑键槽的影响 查机械设计手册得A=106135，取A=125初定最小直径轴的构造如下列图所示图3-5 输出轴零件图第四章 齿轮箱其他部件的设计4.1轴系部件的构造设计轴承盖用以固定轴承，调整轴承间隙及承受轴向载荷，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种。嵌入式轴承盖构造简单，为增强其密封性能，常与O形密封圈配合使用。由于调整轴承间隙时，需翻开箱盖，放置调整垫片，比拟麻烦，故多用于不调整间隙的轴承处。凸缘式轴承盖，调整轴承间隙比拟方便，密封性能好，应用较多。凸缘式轴承盖多用铸铁铸造，应使其具有良好的铸造工

13、艺性。对穿通式轴承盖，由于安装密封件要求轴承盖与轴配合处有较大厚度，设计时应使其厚度均匀。当轴承采用箱体的润滑油润滑时，为了将传动件飞溅的油经箱体剖分面上的油沟引入轴承，应在轴承盖上开槽，并将轴承盖的端部直径做小些，以保证油路畅通。图4-1 轴承端盖简图4.2 行星架的构造设计 行星架是行星齿轮传动中的一个重要构件，在行星轮系中起着承上启下的作用，直接影响齿轮箱的寿命和齿轮箱的噪声，一个构造合理的行星架应当是外廓尺寸小，质量小，具有足够的强度和刚度，动平衡性好，能保证行星轮间的载荷分布均匀，而且应具有良好的加工和装配工艺。从而，可使行星齿轮传动具有较大的承载能力，较好的传动平稳性以及较小的振动

14、和噪声，为此对行星架的制作有以下要求： 1) 行星架的材料应选用QT700，,其力学性能应分别符合GB/T1348-2009，BG/T3077-1999，/T6402-2008的规定，也可使用其他具有等效力学性能的材料。 2) 行星轮孔系与行星架回转轴线的位置度应符合GB/T1184-1996的5级精度的规定。 3) 行星架精加工后应进展静平衡。 4) 行星架假设才赢焊接构造，则应对其焊缝进展超声波探伤，并应符合GB/T11345-1989的要求。4.3 传动齿轮箱箱体设计箱体是传动齿轮箱的重要零件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力。箱体必须有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变

15、形，保证质量。箱体的设计应该按照风力发电机组动力传动的布局，加工和装配，检查以及维护等要求来进展。应该注意轴承支撑和机座支承的不同方向的反力及其相对值，选取适宜的支承构造和壁厚，增加必要的加强筋。同时加强筋的位置必须与引起箱体变形的作用力方向一致。对于传动齿轮箱箱体材料选择，采用铸铁箱体可以发挥其减震性，易于切削加工等特点，适于批量生产。常用的材料有球墨铸铁和其他的高强度铸铁和其他高强度铸铁。设计铸造箱体时应该防止壁厚突变，减小厚壁差，以免产生缩孔和缩松等缺陷。在大型风力发电机的单件小批量生产时，多采用的是焊接或焊接与铸造相结合的箱体。为减少机械加工过程中和使用中的变形，为防止出现裂纹，无论是

16、铸造或是焊接箱体均应该进展退火，时效处理，以消除应力。为了方便装配和定期检查齿轮的啮合情况，在箱体上应该设有观察窗。机座一旁设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱。4.4齿轮箱的密封、润滑、冷却4.4.1 齿轮箱的密封齿轮箱轴伸部位的密封一方面应能防止润滑油外泄，同时也能防止杂质进入箱体。常用的密封分为非接触式密封和接触式密封两种。 1.非接触式密封。非接触式密封不会产生磨损，使用时间长。轴与端盖孔间的间隙行程的密封，是一种简单的密封。间隙大小取决于轴的径向跳动大小和端盖孔相对于轴承孔的不同轴度。在端盖孔或轴颈上加工出一些沟槽，一般是24个，形成所谓的迷宫，沟槽底部开有回油槽，使外泄的油液遇到沟槽改变

17、方向输回箱体中。也可以在密封的侧设置甩油盘，阻挡飞溅的油液，增强密封效果。2. 接触式密封。接触式密封使用的密封可靠，耐久，摩擦阻力小。容易制造和装拆，应能随压力的升高而提高密封能力和有利于自动补偿磨损。常用的旋转用唇形密封有多种方式，可按标准选取。密封部位轴的外表粗糙度R=0.2-0.63.与密封圈接触的轴外表不允许有螺旋形机加工痕迹。轴端应有小于30的导入角，倒角上不应有锐边，毛刺和粗糙的机加工残留。本次设计采用了以上的第二种密封方式。4.4.2 齿轮箱的润滑、冷却齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。为此，必须高度重视齿轮的润滑问题，严格按照规保持润滑系统长

18、期处于最正确状态。齿轮箱常用飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。因此，配备可靠的润滑系统尤为重要。在机组润滑系统中，齿轮泵从油箱将油液经过滤油器输送到齿轮箱的润滑系统，对齿轮箱的齿轮和传动件进展润滑，管道上装有各种监控装置，确保齿轮箱在运转过程中不会出现漏油。保持油液的清洁作业十分重要，即使是第一次使用新油，也要经过过滤，系统中除了主滤油器之外，最好加装旁路滤油器辅助滤油器，以确保油液的干净。对润滑油的要求应考虑能够起齿轮和轴承的保护作用。此外好应具备以下性能：1.减少摩擦和磨损，具有高强的承载能力，防止胶合；2.吸收冲击和振动；3.防止疲劳点蚀；4.冷却，防锈，抗腐性。风力发电齿轮箱属

19、于闭式齿轮动类型，其主要的失效形式是胶合与点蚀，故在选择润滑油时，重点是保证有足够的油膜厚度和边界膜强度。润滑油系统中的散热器常用风冷式的，有系统中的温度传感器控制，在必要时通过电控旁阀自动翻开冷却回路，使油液先流经散热器散热，再进入齿轮箱。齿轮和轴承轴承在转动过程中他们实际都是非直接接触的，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触性的滚动和滑动，这是油起到了润滑的作用。虽然他们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因使其转动中有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热。如果这些热量在转动的过程中没有消除，势必会越积越多，最后导致高温烧毁齿轮和轴承，因此齿轮和轴承在转动过程中必须用润滑油

20、来进展冷却。所以润滑油一方面其润滑作用，另一方面起冷却的作用。 对于齿轮箱，对于所有齿轮和轴承，我们都要采用强制润滑，原因有： 1) 强制润滑可以进展监控，而飞溅润滑是监控不了的，从平安性考虑，采用强制润滑。2) 现在风机齿轮箱功率越来越大，其功率损耗也越来越大因此飞溅润滑已经满足不了冷却的作用这是需要进展强制润滑的。4.5齿轮箱的使用安装齿轮箱的主动轴与叶片轮的连接必须可靠紧固。输出轴假设直接与电机联结时，应采用适宜的联轴器，最好的弹性联轴器，并串接起来保护作用的平安装置，齿轮箱轴线上和与之相连的部件的轴线应保证同心，其误差不得大于所选用的联轴器的齿轮箱的允许值，齿轮箱体上也不允许承受附加的

21、扭转力。齿轮箱安装后用人工搬动应灵活，无卡滞现象。翻开观察窗盖检查箱体部机件应无銹蚀现象。 用涂色法检验，齿面接触斑点应到达技术条件的要求。第五章 结论 本文针对兆瓦级风力发电增速齿轮传动系统进展了研究，所做的主要工作和结论如下：1.对于兆瓦级风力发电齿轮箱传动方案确实定，在综合行星传动与平行轴传动比照以及一级行星齿轮带动两级圆柱齿轮与两级行星齿轮带动一级圆柱齿轮的优点的根底上，选用两级行星派生型传动方案。在两级行星传动中，采用简单易行的太阳轮浮动的均载机构。依据风机的技术指标与要求，计算确定了齿轮箱各级齿轮参数。依据标准，对齿面接触齿根弯曲进展了静强度校核，结果符合平安要求。2.对于传动系统

22、各部件进展CAD画图；从增速箱整体考虑，对其部稳定性，润滑等方面进展分析，对增速箱轴承的选取，润滑方案的设计等进展完善。由于本人水平，时间和条件的限制，上述研究尚有不完善之处，还有不少工作尚待进一步研究，主要有：1)对风电齿轮箱变载荷的处理中，疲劳损伤理论的完善是比拟重要而紧迫的问题，而目前的损伤理论并不能准确反映实际情况，需要对积累疲劳损伤理论做进一步的研究。2)大型风电齿轮箱运行状态的在线检测及故障诊断技术的研究。我国大型风电机组缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录和分析，对轴承在运行过程中的温度，润滑剂污染状况等因素的影响考虑仍不够完善，应进一步通过检测，试验来准确评估其对轴承寿命

23、的影响。3)针对大型风电机组的高可靠性综合优化设计技术研究大型风电机组的可靠性优化设计是提高风电机组运行寿命，降低本钱的重要手段，而我国对于大型风电机组进展系统地可靠性综合优化设计研究方面做的很少，需要对此做进一步的研究。 最后，设计接近尾声，只能说，在这次毕业设计中自己真的经历了很多，也学会了很多。无论是在知识和技能上，还是在人品和素质上都是一个跨阶段性的提高。这是一个时机，也将是一个美好的回忆。时机难得，所以我们要好好珍惜。用这么好的时机去学会更多的东西。参考文献1 存云. 机械原理M. ：中南大学， 2011. 2 林景尧. 风能设备使用手册. ：机械工业， 1992.3 芮晓明. 风力

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