偏航减速器说明书正文

2 3MW风机偏航减速器的设计【摘要】本次毕业设计的任务是设计3MW风力发电机组中的偏航减速器，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3MW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计和校核，行星齿轮的静强度校核，行星轮轴的设计和强度计算，花键的选定和强度计算，太阳轮-花键轴的设计和扭矩强度计算，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。承then,Iintroducedthefunctionoftheyawspeedreducerinthewindturbineaswellasitse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。风力的1%，就能满足全球发电能量需要。而且风能发电对环境无任何破坏，题1.2风力发电技术的国内外发展现状 (DEWI)等。kW3%。虽然电力工业改组引起的混乱使美国1.2偏航减速器简介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1.3课题意义为-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，偏航器的可靠性是各个研究所和生产厂家重点研究的内容。2.1技术要求1)偏航减速器所有齿轮的齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核计算应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5)螺纹连接部分的计算应按照GB/T16823.1-1997的相关规定进行，螺纹强6)偏航减速器前三级采用齿圈过盈内置的方式，须提供设计依据和计算过7)偏航减速器必须采用油杯内置结构。2.2主要技术参数使用场合系数KA:弯曲强度安全系数SF:弯曲强度安全系数SF(静态min):-30℃~+40℃-40℃~+50℃齿面硬度HRC：2.3总体方案设计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浸油润滑，外接油杯和观察孔。输出轴与小齿轮为一体式，输出轴的轴承采用脂脂润。方案设计1234二级行星轮个数均选n=3，第三、四级行星轮个数选n=4。第二、三、四级太ww扭矩。齿轮箱传动采用压力角a=20。的直齿轮传动。精度等级为外齿轮为6外啮合a,必24。，内啮合a,必20。。根据技术协议内容，太阳轮材料选用accbHlimFlimHlim (=390Mpa。内齿轮材料选用42CrMoA，渗氮，表面硬度为50HRC，Flim (=780MPa，(=255MPa。输出轴材料选用17CrNiMo6。HlimFlim3.2传动比分配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:i3.3第一级行星齿轮传动可aba1bn3bw(1)(1)计算行星轮齿数：c22cz91i=b+1=+1=9.274z11aabc3.3.2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ddK1AHPHtdd2HlimuTKKKu+1式中d——行星轮分度圆直径1K——算式系数，由于是一般的钢制齿轮，直齿传动取K=766tdtd1AAK=1.05HHdda——试验齿轮的接触疲劳极限(MPa)，取=1358MPaHlimHlimz11a将各数值代入(1)式中，解得(2)(2)0.65人135823.64TTKKKYm之K1AFPFxFa1ntm30z2Gd1Flim式中m——行星轮模数nK——算式系数，直齿传动取K=12.1tmtmKFP——计算弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，根据[4]式7.3-17得FxFxFa1Fa11G——试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)，G=390MPaFlimFlim将各数值代入(2)中，解得nccc算cbbcax=0.4，则x=_0.4。同理c-x=0.4，则x=_0.4。同理c-b副传动变位系数和x=x_x=0，故b3.3.4几何尺寸计算表3-1第一级齿轮几何尺寸(m=2mm)齿轮z轮轮轮径(mm)径(mm)径(mm)(mm)(mm)aaacccac11(1)齿面接触疲劳强度Ho=ZoKKKKKH1BHoAVHbaHPo=ZoKKKKKH2BHoAVHbaHPHoo=ZZo=ZZZZtHoHEcbdbu1行星轮单对齿啮合下界点接触应Hc太阳轮单对齿啮合下界点接触应力oHa行星轮接触强度安全系数SS=HGc=HlimNTLRVWX==1.22ZS=HGc=HlimNTLRVWX==1.22HcHcS=HGa=HlimNTLRVWX==1.14S=HGa=HlimNTLRVWX==1.14Ha1212.2HaHc(2)齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳应力公式：=KKKKKFFoAVFFaFPFoaF1461.8=tYYYY=2.331.670.6051=114.7MPaFoabmFaSa152行星轮弯曲应力基本值FoF1461.8=tYYYY=2.571.540.6051=116.7MPaFocbmFaSa152KKKKK31.18211.015=184.3MPaFaFoaAVFFaFP=KKKKK=116.71.31.031.18211.015=187.5MPaFcFocAVFFaFPYYYYY3901.50.90210.961S=FGa=FlimaYYYYY3901.50.90210.961Fa184.3FaF行星轮抗弯强度安全系数SS=FGc=FlimcSTNT6relTRrelTX==S=FGc=FlimcSTNT6relTRrelTX==2.70Fc187.5FcFZZZZZZZ78011.110.910.851.11YYYYY2551.511.030.961(1)齿面接触疲劳强度内齿轮的接触应力基本值Hotdbu1=Ztdbu1HoHEe182152.28内齿轮的接触应力HbHbHoAVHHaHPHb311.1HcHc(2)齿根弯曲疲劳强度内齿轮弯曲应力基本值F1461.8=tYYYY=2.171.710.6711=121.3MPaFobbmFaSae152FbFoAVFFaFPFb216.9FF根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求表3-2齿轮接触强度计算有关参数和系数代号KAKVKHbKHaKZBZHZ用载齿向载荷分布齿间载荷分配单对齿啮合系数节点区域系数太行所用表、图或计算公式阳星内齿轮轮轮_1)|1.031.05tana,ZEZZFtbuZZLZVZRZWZZXZ重合度螺旋角分度圆的切向力齿数比润滑剂度粗糙度工作硬化系数尺寸Z=Z=a3齿2000TF=1Ntdadzu=azcL硬齿面1111表3-3齿根弯曲强度计算的有关数据轮所用表图或计算公式阳轮代号KFKFaKPYYYYYYYXY齿向荷载荷分布齿间载荷分配系数行星轮间载荷分配不均匀齿形系数应力修正重合度弯曲寿命试验齿轮应力修正齿根圆角角系数齿根表面状况系数尺寸系数螺旋角K=K=1a按给定的区域图取时HlimHlim1111111(1)3.4(1)aba2b计算行星轮齿数c22caabc3.4.2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1td30d(2HlimuTKKKu+1式中d——太阳轮分度圆直径1K——算式系数，由于是一般的钢制齿轮，直齿传动取K=766tdtd1AAK——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K=1.05HxHxdda(2)(2)HlimHlima将各数值代入(1)式中，解得dmm10.7135823.09TTKKKYmK1AFPFFa1d1Flim式中m——行星轮模数nK——算式系数，直齿传动取K=12.1tmtmKFP——计算弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，根据[4]式7.3-17得FFYFa1Fa11——试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)，=390MPaFlimFlim将各数值代入(2)中，解得n0.7112390取m=4，则行星轮分度圆直径d=mz=411=44mm，与接触强度初算ncca算acaccbbcaa3.4.4几何尺寸计算表3-4第二级齿轮几何尺寸(m=2mm)齿轮z轮轮轮径(mm)径(mm)径(mm)(mm)(mm)aaacccacttdbu111(1)齿面接触疲劳强度Ho=ZoKKKKKH1BHoAVHbaHPo=ZoKKKKKH2BHoAVHbaHPHoo=ZZZZHoHEcb行星轮单对齿啮合下界点接触应HcZZZZZZZZ13580.9871.060.990.931.11Ha行星轮接触强度安全系数SS=HGc=HlimNTLRVWX==0.859ZS=HGc=HlimNTLRVWX==0.859Hc1649.7HcHcS=HGa=HlimNTLRVWX==0.875Ha1643.2HaHc要求的(2)齿根弯曲疲劳强度=KKKKKFFoAVFFaFPFoaF13553.6=tYYYY=2.531.640.7711=216.8MPaFoabmFaSae504行星轮弯曲应力基本值FoF13553.6=tYYYY=2.921.480.7711=225.8MPaFocbmFaSae504太阳轮弯曲应力=KKKKK=216.81.31.0131.18211.015=348.3FaFoaAVFFaFP=KKKKK=225.81.31.0131.18211.015=362.7FcFocAVFFaFPYYYYYYY3901.50.90210.961YYYYY3901.5110.961ZZZZZZ78011.110.910.951.11太阳轮抗弯强度安全系数SS=FGa=FlimaSTNT6relTRrelTX==1.45Fa348.3FaF行星轮抗弯强度安全系数SS=FGc=FlimcSTNT6relTRrelTX==1.40Fc362.7FcF(1)齿面接触疲劳强度这里只计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数取值见表3-5内齿轮的接触应力基本值HoFu1tdbu1Fu1tdbu1HoHEc=316502.32内齿轮的接触应力=KKKKK=503.81.31.051.2691.11.05=712.6HbHoAVHHaHPS=HGc=HlimNTLRVWX==1.16Hb712.6HcHc(2)齿根弯曲强度内齿轮弯曲应力基本值FobF13553.6FbFoAVFbFaFPSFGFlimbSTNTrelTRrelTX.09FF根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求表3-5齿轮接触强度计算有关参数和系数太行所用表、图或计算公式内齿阳星轮轮轮齿间载荷分配系数代号KAKVKKHaKZBZHZEZcZbFtb数数节点系数数数的力tana,M=acMZZ=a直齿2000TF=2tdadZZzZZzu=azcL比数数uZLZVZRZWX表3-6齿根弯曲强度计算的有关数据轮7K=K=1代号KFKK轮轮按给定的区域图取时HlimHlim51齿形系数YYYYYrelTYYXY3.5第三级行星齿轮传动aba3取z68。bn4w计算行星轮齿数：(1)c22c(1)z68i=b+1=+1=5.25。4z16aabc3.5.2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ddK1AHPHtdd2HlimuTKKKu+1式中d——太阳轮分度圆直径1K——算式系数，由于是一般的钢制齿轮，直齿传动取K=766tdtd1112wAAK——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K=1.05HHdda——试验齿轮的接触疲劳极限(MPa)，取=1358MPaHlimHlima将各数值代入(1)式中，解得0.6135821.63(2(2)TKKKYm之K1AFPFxFa1ntm30z2幸d1Flim式中m——行星轮模数nK——算式系数，直齿传动取K=12.1tmtmKFP——计算弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，根据[4]式7.3-17得FxFxFa1Fa11——试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)，幸=390MPaFlimFlim将各数值代入(2)中，解得ncca算acaccbbcaacxcbbcacxcbbcb表3-7第三级齿轮几何尺寸(m=4mm)齿轮z轮轮轮径(mm)径(mm)径(mm)(mm)(mm)2"aaacccac2"aaacccac3.5.6啮合效率计算1vx架固定时传动机构中各齿轮副啮合损失系数之和x2.30.0751iaccbza11110.021zczczbix14.25(1)齿面接触疲劳强度HZKKKKKH1BHAVHHPZKKKKKH2BHAVHHPHZZZZZZZtHHEdHHEdbu1行星轮单对齿啮合下界点接触应Hc太阳轮单对齿啮合下界点接触应力Ha行星轮接触强度安全系数SHc1170.7HcHcZZZZZZZZZ13581.231.060.990.931.11YYYYY3901.51.0210.961S=HGa=HlimNTLRVWX==1.54Ha1166.6HaHc(2)齿根弯曲疲劳强度=KKKKKFFoAVFFaFPFoaFoabmFaSa506行星轮弯曲应力基本值FoFocbmFaSa506=KKKKK=143.11.31.0051.21511.015=230.6FaFoaAVFFaFP=KKKKK=1681.31.0051.21511.015=270.7MFcFocAVFFaFPS=FGa=FlimaSTNT6relTRrelTX==2.48Fa230.6FaF行星轮抗弯强度安全系数SYYYYYYY3901.51.0210.961ZZZZZZ7801.121.110.910.951.11S=FGc=FlimcSTNT6relTRrelTX==2.12Fc270.7FcF(1)齿面接触疲劳强度这里只计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数取值见表3-8。内齿轮的接触应力基本值HoFu1tdbu1Fu1tdbu1HoHEc=408501.63内齿轮的接触应力=KKKKK=203.51.31.0061.2681.11.05=281.6HbHoAVHHaHPS=HGc=HlimNTLRVWX==3.27Hb281.6HcHc(2)齿根弯曲强度内齿轮弯曲应力基本值FobFobbmFaSac506=KKKKK=207.11.31.0061.2111.051.015=349.6FbFoAVFFaFPSFGFlimbSTNTrelTRrelTX.08FF根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求表3-8齿轮接触强度计算有关参数和系数代号KAKVKHbKHaK齿间载荷分配系数数太行所用表、图或计算公式内齿阳星轮轮轮ZBZHZEZZFt数节点系数数数的tanMacMZZ直齿2000TF3N19055.8NtdabuZ力比bddzuazcLLZZ数数11ZVRZZX表3.9齿根弯曲强度计算的有关数据K=K=1a轮轮11齿形系数轮7KFKKYYYHlimHlim11YYYYXYb3.6第四级行星齿轮传动aba4b计算行星轮齿数：c22cz754z33abcbc3.6.2初步计算齿轮主要参数(1)(2)(1)(2)ddK1AHPH1td30d2HlimuTKKKu+1式中d——行星轮分度圆直径1K——算式系数，由于是一般的钢制齿轮，直齿传动取K=766tdtd11123wAAK——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K=1.05HH0——小齿轮齿宽系数，按[4]表7.3-3选(0)=0.65dda——试验齿轮的接触疲劳极限(MPa)，取=1358MPaHlimHlima将各数值代入(1)式中，解得10.65135821.57TTKKKYmK1AFPFFa1d1Flimz式中m——行星轮模数nK——算式系数，直齿传动取K=12.1tmtmK——计算弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，根据[4]式7.3-17得K=1.15FFFa1Fa11——试验齿轮弯曲疲劳极限(MPa)，=390MPaFlimFlim将各数值代入(2)中，解得m=5.96n0.65332390naaa算acaccbbc寸计算(m=6mm)齿轮z轮轮轮径(mm)径(mm)径(mm)(mm)(mm)0002"aaacccac2"aaacccac3.6.6啮合效率计算11n=ab1==0.987n=ab1==0.987(1)齿面接触疲劳强度H装=Z装KKKKKH1BHoAVHbaHPZZZZZZ13581.071.060.990.95ZZZZZZ13581.071.060.990.951.11ZZZZZZ13581.071.060.990.951.11H2BHoAVHaHPHoFu+1tdbu1Fu+1tdbu1HoHEe1111=976.7MPa行星轮单对齿啮合下界点接触应Hc太阳轮单对齿啮合下界点接触应力Ha行星轮接触强度安全系数SS=HGc=HlimNTLRVWX==1.39Hc144.9HcHcS=HGa=HlimNTLRVWX==1.23Ha1308.2HaHc(2)齿根弯曲疲劳强度=KKKKKFFoAVFFaFPFoaF48505.9=tYYYY=2.181.580.7131=198.5MPaFoabmFaSae856行星轮弯曲应力基本值FoZZZZZZ7801.071.110.910.951.11ZZZZZZ7801.071.110.910.951.11太阳轮弯曲应力FaFoaAVFFaFP=KKKKK=301.5MPaFcFocAVFFaFPFa301.5FaF行星轮抗弯强度安全系数SFcYYYYYS=FGc=FlimcSTNT6relTRrelTX=1.99F(1)齿面接触疲劳强度这里只计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数取值见表3-11Hotdbu1=Ztdbu1HoHE450852.27内齿轮的接触应力=KKKKK=292.31.31.0021.3011.11.05=408.9HbHoAVHHaHPHb408.9HcHcFobFobbmFaSacb85〉6。(2)齿根弯曲疲劳强度内齿轮弯曲应力基本值住FobFbFoAVFbFaFPFbFoAVFbFaFPFF根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求。表3-11齿轮接触强度计算有关参数和系数KAKVKHb太行所用表、图或计算公式内齿阳星轮轮轮60〉103KHaKZBZHZE数数节点系数tana,M=acMZc数Z=ca3Zb角1FtbuZZLZVZRZWZX的力比滑剂系数数2000TF=4Ntdtab0ddzu=azcL11度计算的有关数据行星轮代号KFKFaKYYYYYYYXY齿形系数K=K=1a按给定的区域图取时HlimHlim2.18888111表12i253i=3.274(mm)(mm)果n=3wn=3wn=4wn=4waz=91bz=40caz=79bz=34cz=16az=68bz=26cz=33az=75bz=21c12344.1载荷的确定F=maxd4.2齿面接触静强度计算公式HstHPstHPst=KKKZZZZHstvHHaHEtFu+11=H=HlimNTWHPstSnZNTWHlimHHlimHlim4.3齿根弯曲静强度核算公式F=KKKYYFstbmVFFaFS式中各符号意义同前。=Flim=FlimNT6relTSTstS式中：对于太阳轮和行星轮,查=480Mpa，对于内齿圈，=420MPa，FlimFlimYY95，Y=2.5。在一般安全情况下，取S=1.2。ST6relTSTFmin4.4第一级行星齿轮传动校核t=1900MPattt4.5第二级行星齿轮传动校核t=1900MPat=1662.5MPat4.6第三级行星齿轮传动校核t=1900MPattt4.7第四级行星齿轮传动校核t=1900Mpatt=1662.5MPa5.1第一级行星轮轴计算p故此行星轮轴强度满足。5.2第二级行星轮轴计算4F413553.6p故此行星轮轴强度满足。5.3第三级行星轮轴计算4F419055.8p故此行星轮轴强度满足。5.4第四级行星轮轴计算p故此行星轮轴强度满足。aop=pzhlDppmD——平均直径mpppp各级传动比分别为：i=9.27，i=8.18，i=5.25，i=3.271234123T=4802.08Nm，T=15702.8Nm。45度是是是是LDzm355zm3a公差等级与配合类别6HGB/T3478.1-1995键参数表zm3a公差等级与配合类别6hGB/T3478.1-19956.2第二级输出端花键副zm5a公差等级与配合类别6HGB/T3478.1-1995键参数表公差等级与配合类别6.3第三级输出端花键副zma56hGB/T3478.1-1995zm5a公差等级与配合类别6HGB/T3478.1-1995键参数表zm5a公差等级与配合类别6hGB/T3478.1-19956.4第四级输出端花键副项目项目代号数值齿数z16模数m10压力角a30公差等级与配合类别6H6HGB/T3478.1-1995键参数表zma公差等级与配合类别6hGB/T3478.1-1995第7章太阳轮—花键轴扭转强度计算7.1第一级太阳轮—花键轴强度校核7.7.1已知输入功率P=4.8KW，n2=950r/mi，n太阳轮-花键轴的材料为b