风力发电机齿轮增速箱毕业设计

⑩工作硬化系数而安全系数代入上述值：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计算安全系数=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，计算接触应力按接触应力=961.76计算安全系数=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它零件的位置，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，再以此为基础进行结构设计和强度校核。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，并对重量及结构尺寸无特殊要求，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=106~135，取A=125初定最小直径轴的结构如下图所示图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：mm45钢＝30～40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，并对重量及结构尺寸无特殊要求，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=106~135，取A=125初定最小直径轴的结构如下图所示图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，经行轴的强度校核。扭转强度条件为：mm45钢＝30～40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，并对重量及结构尺寸无特殊要求，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=106~135，取A=125初定最小直径轴的结构如下图所示图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，并对重量及结构尺寸无特殊要求，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=106~135，取A=125初定最小直径轴的结构如下图所示图3-5输出轴零件图第四章齿轮箱其它部件的设计4.1轴系部件的结构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。嵌入式轴承盖结构简单，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，需打开箱盖，放置调整垫片，比较麻烦，故多用于不调整间隙的轴承处。凸缘式轴承盖，调整轴承间隙比较方便，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。当轴承采用箱体内的润滑油润滑时，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行星架的结构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，一个结构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-，BG/T3077-1999，JB/T6402-的规定，也可使用其它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行静平衡。4)行星架若才赢焊接结构，则应对其焊缝进行超声波探伤，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行。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，选取合适的支承结构和壁厚，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，采用铸铁箱体能够发挥其减震性，易于切削加工等特点，适于批量生产。常见的材料有球墨铸铁和其它的高强度铸铁和其它高强度铸铁。设计铸造箱体时应该避免壁厚突变，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，无论是铸造或是焊接箱体均应该进行退火，时效处理，以消除内应力。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内。常见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2~4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方向输回箱体中。也能够在密封的内侧设置甩油盘，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。常见的旋转用唇形密封有多种方式，可按标准选取。密封部位轴的表面粗糙度R=0.2-0.63.与密封圈接触的轴表面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，严格按照规范保持润滑系统长期处于最佳状态。齿轮箱常见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行润滑，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，以确保油液的洁净。对润滑油的要求应考虑能够起齿轮和轴承的保护作用。另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见风冷式的，有系统中的温度传感器控制，在必要时经过电控旁阀自动打开冷却回路，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她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。虽然她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正确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来进行冷却。因此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)强制润滑能够进行监控，而飞溅润滑是监控不了的，从安全性考虑，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行强制润滑的。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。输出轴若直接与电机联结时，应采用合适的联轴器，最好的弹性联轴器，并串接起来保护作用的安全装置，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扭转力。齿轮箱安装后用人工搬动应灵活，无卡滞现象。打开观察窗盖检查箱体内部机件应无銹蚀现象。用涂色法检验，齿面接触斑点应达到技术条件的要求。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行了研究，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的确定，在综合行星传动与平行轴传动对比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基础上，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行了静强度校核，结果符合安全要求。2.对于传动系统各部件进行CAD画图；从增速箱整体考虑，对其内部稳定性，润滑等方面进行分析，对增速箱内轴承的选取，润滑方案的设计等进行完善。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较重要而紧迫的问题，而当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。中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，应进一步经过检测，试验来准确评估其对轴承寿命的影响。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，降低成本的重要手段，而中国对于大型风电机组进行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。这是一个机会，也将是一个美好的回忆。机会难得，因此我们要好好珍惜。用这么好的机会去学会更多的东西。参考文献[1]潘存云.机械原理[M].长沙：中南大学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