【《风力发电机增速传动系统设计分析案例》3000字】

风力发电机增速传动系统设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u760风力发电机增速传动系统设计分析案例 1141021.1传动方案的确定 166481.2传动系统参数计算 3290401.3零部件强度校核 8109421.3.1行星轮系齿轮的强度计算 9194951.3.2定轴系齿轮的强度计算 10机械系统的传动是将动力源或某个执行的速度、力矩传递给执行件，使得该执行件具有某种运动和出力的功能，风机增速系统就是传动装置。传动装置可以分为：机械传动装置，液压传动装置，电气传动装置等。但机械传动依据原理来分可以分成两种，一种是啮合传动，另一种是摩擦传动，按照具体的应用情况来分又能够分成四类，包括带传动、链传动、蜗杆传动以及齿轮传动。而风力发电机组的传动特点不同，通常情况下都会应用齿轮传动。齿轮机构能够传递动能在任意两轴间，它的特点众多，包括传递效率高、传动功率的范围广、传动比的准确度高、使用时间长、工作安全可靠性特点，是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。齿轮传动有很多不同的方式，可以分为三种方式：半开式传动、闭式传动以及开式传动。风力发电机的工作环境比较差，因此通常情况下是通过闭式传动来达到润滑的要求。1.1传动方案的确定通常风速是不确定性时大时小，所以风轮的转速是不高的,通常为（18-40r/min）无法满足发电机要求的发电转速水平，于是采用齿轮箱提高转速水平显得极为重要，这样，齿轮传动系统也能够被称作增速传动系统。一般情况下，能够把增速系统分成两种系统，包括定轴系传动齿轮传动以及行星轮齿轮系传动。定轴系传动齿轮的结构是相对来说比较简单的，其安装和维护的难度不高，费用也相对不高，然而它存在多个缺陷，比如，传动水平不够，承载程度不大等。然而，行星轮齿轮传动系统传动比大，体积不大，而承载程度大、效率也比较高，同时，它的缺点就是费用相对来说比较高，结构不简单，安装和维修的难度也比较高。针对以上的情况，总结得到了综合的设计方式。经过研究和分析，得到了三种适合选择的设计方案。①方案1：一级行星轮系传动+两级定轴线齿轮传动，如图1.1所示②方案2：三级定轴系齿轮传动，如图1.2所示③方案3：两级行星轮传动+一级定轴系齿轮传动，如图1.3所示图1.1一级行星两级定轴图1.2三级定轴系传动图1.3两级行星一级定轴经过分析与研究，比较这三个方案后可以得到：①方案1采用传动大的行星轮传动比和简单的定轴系齿轮传动结构，采用一级行星齿轮减少大转矩，接着用比较简单的两级平行轴齿轮结构，降低成本的同时提高了效率。②方案2虽然结构简单而经济，但是在模拟出设计参数后，制造出来的几何尺寸并不理想，无法满足要求，其传递的转矩很小，无法适应大功率的传动系统，并且它的平稳性不好，冲击力度较大，无法长期使用。③方案3结构过于复杂并且零件紧凑，因为行星齿轮传动的内部结构相对普通定轴齿轮传动来说复杂一些，造价也高，无法合理地控制成本。通过比较这几个方案，可以得出以下结论，选择第一个方案是相对来说比较合理的。1.2传动系统参数计算1.1.1传动比和分配传动比及齿数的确定传动比的分配必须要将各级传动的传动比共同考虑合理分配，不能超过要求的最大值，要满足不同传动形式的要求，同时保持紧凑的结构，还需要考虑各级传动件尺寸，打造一个简单合理的结构。表1.1原始参数要求额定功率2MW增速比60-100输入转速18r/min-40r/min输出转速1500r/min-2000r/min分度圆压力角20模数8-16分析原始数据后，为方便计算，拟定该系统的传动比为100，总传动比是：在这个传动系统里面的行星传动中，选择了NGW型行星齿轮传动，考虑的传动比是3-9。为了系统的稳定程度，并参考其他兆瓦级风力发电机设计，最终确定行星轮数目设定是3，其传动范围是：。于是，初步选取行星轮机构里面的行星轮的级数。初选行星轮系的传动比是:。可以得到:每个齿轮的齿数(中心轮)=20(内齿圈)=82（行星轮）=31∴∴：∴两级传动比分配：取取低速轴小齿轮齿数：∴低速轴大齿轮齿数：，取∴取高速轴小齿轮齿数：∴：1.1.2传动系统的运动和参数计算（取）（2-1）∵：P=1MW取总效率为0.92。则各轴的转速：输入轴（行星架）：中心轴：低速轴：高速轴：∴可以计算出各轴的功率：第II级斜齿轮传动功率：同理可得：第I级斜齿轮传动功率是1030.61KW；中心轴传动功率是1051.54KW；W；1.1.3传动系统的齿轮参数确定①行星轮传动：考虑齿轮弯曲强度的情况后，确定较小的齿轮模数能够增加齿轮副的重合程度，使滑动率得到减少，同时能够降低齿轮的切削水平，减少齿轮的制造费用。然而，制造和安装齿轮存在质量方面的缺陷，加剧了轮齿被折断的危险程度，于是实际采用齿轮模数使，通常情况下得确定较大的模数。同时，确定模数需要符合GB1357的要求，意思就是优先考虑第一系列中的模数。除此之外，依据国际要求，第一行星轮系传动应该取，第二行星轮传动系则应该取，高速级齿轮传动应该取②定轴系轮传动：据齿面接触强度计算，就是(2-2)查；；；；取：代进（2-2）中；初选螺旋角，m=14同理：第II级高速斜齿轮取③行星齿轮几何尺寸标准中心距(2-3)因为行星齿轮传动各个齿轮存在安装上的问题，需要将齿轮的螺旋角刀控制在8-10的范内围。a=451.40mm-454.91mm，取a=455mmZ1（中心轮），Z3（行星轮），Z2（内齿圈）的分度圆直径分别是：齿宽取④定轴齿轮几何尺寸（a）齿轮副，初取∴a=800.79mm，取a=800mm齿轮副1、4的分度圆直径分别是：齿宽，取b=260mm（b）齿轮副初取则a=527,46mm取a=525mm齿轮副4、5的分度圆直径分别是：齿宽，取b=190mm各级齿轮组具体数据如下表2-1表1.1各级齿轮数据表数据轮系齿数模数齿宽（mm）分度圆直径(mm)齿顶圆直径(mm)齿根圆直径(mm)螺旋角β行星轮系太阳轮20163803203522800°行星轮31163804965284560°内齿圈82163801488134412720°一级定轴轮系大齿轮Z4’7114260994102295913°小齿轮Z4161426022425218913°二级定轴轮系大齿轮Z5’93819074476072412°小齿轮Z5’21819016818414812°1.1.4轴的尺寸和结构确定①初步计算轴径d（2-4）式中：；；，其值可查有关资料。行星架（输入轴）：，取中心轴：，取第I级斜齿轮：，取第II级斜齿轮：，取②轴的结构设计在进行轴的结构的设计的时候，不仅首先要考虑强度要求，更需要确保轴上零件的定位以及装配上的便捷度，同时要具备完善的工艺性。因此，设计轴的结构时，通常需要设计成阶梯形。轴上零件的受力情况和安装情况不同，阶梯轴的径向尺的变化也不同。确定阶梯轴的轴向尺寸，需要参考轴上各个零件的位置、以及配合长度。1.3零部件强度校核风力发电机组的特点多样，工作环境不确定，受力状况多样都可能会存在安全隐患。于是，相较于一般的传动机，风力发电机组不仅要满足机械强度的条件，而且要满足非常规温度情况下的机械特点，比如低温抗脆性和低膨胀收缩率等特点。而关于传动部件，通常的情形下，不会应用焊接结构，而是通过轮辐轮缘整体锻件来增强风力发电机组的承受程度。齿轮通过质量较好的合金钢来制造毛坯以得到较好好的功能。表1.2说明了本文所研究的增速器中各个传动部件的材料以及力学性能表1.2各传动部件材料及力学性能传动件材料热处理接触强度（MPa）弯曲强度（MPa）加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度56＞60HCR15004805级行星轮内齿圈42CrMo调质，齿面硬度HBS>2607203206级斜齿轮20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度56>60HCR15004805级1.3.1行星轮系齿轮的强度计算①齿面接触疲劳强度校核计算强度条件应满足：式中：；；；；；；；；；；；；；；；；；；综上可得：，，