1.5MW風(fēng)機齒輪箱設(shè)計ppt

1、1.5MW風(fēng)電機組齒輪箱設(shè)計 學(xué)生：羅建(2009105133) 指導(dǎo)教師：趙春華 教學(xué)單位：三峽大學(xué)機械與材料學(xué)院 目錄 一、課題來源 二、選題意義 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 四、主要研究內(nèi)容 一、課題來源 風(fēng)力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個重要的機械 部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所 產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其達(dá)到可以發(fā) 電的轉(zhuǎn)速。本課題依托國家自然科學(xué)基金項 目（項目編號：51075234），圍繞其進(jìn)行相 關(guān)方面的研究。 二、選題意義 1.有助于開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的兆瓦級增速齒輪箱，加 速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2.增速齒輪的設(shè)計和制造技術(shù)是整個風(fēng)力發(fā)電機組的 關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到整個風(fēng)力發(fā)電機

2、組的命運。 3.建立準(zhǔn)確的分析模型，準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分 布對修形規(guī)律的研究具有重要意義。 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 1.國外研究現(xiàn)狀 國外兆瓦級風(fēng)電齒輪箱是隨風(fēng)電機組的開發(fā)而 發(fā)展起來的，Renk、Flender等風(fēng)電齒輪箱制造 公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中采用三維造型設(shè)計、有 限元分析、動態(tài)設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)，并通過模擬 和試驗測試對設(shè)計方案進(jìn)行驗證。此外，國外 通過理論分析及試驗測試對風(fēng)電齒輪箱的運行 性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計 提供了可靠的依據(jù)。 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 1891年，丹麥人首先發(fā)明風(fēng)電機組，到如今已經(jīng)有 一百二十三年的歷史，而作為風(fēng)電機組的重要組成部 分，風(fēng)電齒輪箱

3、的發(fā)展尤為迅速。時至今日，國外主 流風(fēng)電機組已達(dá)到兆瓦級，其中丹麥已達(dá)到3MW， 美國為1.5MW，而最高為5MW機組已于2006初在德 國投入試運行。 經(jīng)典文獻(xiàn) W Musial, S Butterfield, B Mcniff. Improving wind turbine gearbox reliability：對風(fēng)機齒輪箱運行過程中的失 效情況進(jìn)行了深入研究，提出了多種提高風(fēng)機齒輪箱可靠 性的可行性方法。 ADAM Ragheb, MAGDI Ragheb. WIND TURBINE GEARBOX TECHNOLOGIES：提出并總結(jié)了現(xiàn)有的比較 成熟的風(fēng)力渦輪機技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電效率

4、的提升具有重要 意義。 2.國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀 由于我國在商業(yè)化大型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)上起步較晚，技術(shù) 上較歐美等風(fēng)能技術(shù)發(fā)達(dá)的國家存在巨大差距。截至 2010年，我國風(fēng)電機組1MW以下的機組占總裝機容 量的70%，1MW2MW之間的風(fēng)電機型卻只占36%， 2MW以上機型更少，僅占10%。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃， 我國未來的風(fēng)電新增裝機將以1.5MW、2MW機型為 主，1MW以下機型所占比重將逐漸降低。 經(jīng)典文獻(xiàn) 張立勇，王長路，劉法根。風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)電齒輪箱概 述：介紹了風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)現(xiàn)狀，指出了風(fēng)電齒輪箱 設(shè)計制造方面存在的主要問題。 劉賢煥，葉仲和。大型風(fēng)力發(fā)電機組用齒輪箱優(yōu)化設(shè) 計及方案分析：介紹

5、了大型風(fēng)力發(fā)電機組用齒輪箱的工 作特點及目前常用的傳動方案，提出了封閉式行星齒輪系 的傳動方案，并以齒輪總體積最小為目標(biāo)，完成了這種方 案的優(yōu)化設(shè)計。 湯克平 風(fēng)電增速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計敘談：對風(fēng)電增速箱 結(jié)構(gòu)作了較為詳盡的闡述，對風(fēng)電增速箱選用及設(shè)計具有 實用參考價值。 四、主要研究內(nèi)容 1.齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.齒輪箱其他零部件的選用 3.繪制齒輪箱裝配圖 設(shè)計思路 首先，依據(jù)風(fēng)機輸出功率，在常見的1.5MW風(fēng)機齒 輪箱結(jié)構(gòu)中選擇一種結(jié)構(gòu)，本文選取的齒輪箱結(jié)構(gòu) 為一級行星輪+兩級平行軸傳動，然后依次計算行 星輪傳動參數(shù)以及兩級平行軸參數(shù)。 其次，依據(jù)該結(jié)構(gòu)中各傳動系統(tǒng)之間的關(guān)系分配 傳動比，選取齒輪

6、及軸的材料進(jìn)行計算，得出傳動 參數(shù)如模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角等。 最后，通過對運動副的受力分析，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行靜強度校核。運用AUTO.CAD繪制出零件圖和裝 配圖。 1 1.齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.11.1增速齒輪箱方案選擇 1.21.2行星輪傳動設(shè)計 1.31.3行星輪傳動強度的校核計算 1.41.4兩級平行軸傳動設(shè)計 1.51.5兩級平行軸傳動強度的校核計算 1.1.6 6軸徑設(shè)計 1.11.1增速齒輪箱方案設(shè)計 對于兆瓦級風(fēng)電齒輪箱，傳動比多在50-80左右， 一般有兩種傳動形式：一級行星+兩級平行軸圓柱 齒輪傳動，兩級行星+一級平行軸圓柱齒輪傳動。 相對于平行軸圓柱齒輪傳動，行星傳動的以下

7、優(yōu)點： 傳動效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方 便，傳遞功率范圍大，使功率分流；合理使用了內(nèi) 嚙合；共軸線式的傳動裝置，使軸向尺寸大大縮小 而；運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力較強。在具有上 述特點和優(yōu)越性的同時，行星齒輪傳動也存在一些 缺點：結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動復(fù)雜；對制造質(zhì)量 要求高：由于體積小、散熱面積小導(dǎo)致油溫升高， 故要求嚴(yán)格的潤滑與冷卻裝置。這兩種行星傳動與 平行軸傳動相混合的傳動形式，綜合了兩者的優(yōu)點。 依據(jù)提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過方案比較，通常1.5MW齒輪 箱采用一級行星+兩級平行軸的傳動方案。為補償不可避 免的制造誤差，行星傳動一般采用均載機構(gòu)，均衡各行星 輪傳遞的載荷，提高

8、齒輪的承載能力、嚙合平穩(wěn)性和可靠 性，同時可降低對齒輪的精度要求，從而降低制造成本。 對于具有三個行星輪的傳動，常用的均載機構(gòu)為基本構(gòu) 件浮動。由于太陽輪重量輕，慣性小，作為均載浮動件時 浮動靈敏，結(jié)構(gòu)簡單，被廣泛應(yīng)用于中低速工況下的浮動 均載，尤其是具有三個行星輪時，效果最為顯著。設(shè)計齒 輪箱的輸入轉(zhuǎn)速為29r/min,輸出轉(zhuǎn)速為1800r/min，轉(zhuǎn)動 比轉(zhuǎn)動比 1800/29=62，由于減速比較大，按照此轉(zhuǎn)動比， 齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式可設(shè)計為：一級行星傳動+兩級平行軸 傳動。 圖2.1 齒輪箱傳動簡圖 行星齒輪傳動由于有多對齒輪同時參與嚙合承受載荷，要實現(xiàn)這一目 標(biāo)行星輪系各齒輪齒數(shù)必須要滿

9、足一定的幾何條件。 1.21.2行星輪傳動設(shè)計 (2)按接觸強度初算a-c傳動的中心距與模數(shù)m 1.4兩級平行軸傳動設(shè)計 利用已知轉(zhuǎn)速傳動比以及功率求出各級傳動轉(zhuǎn)矩，選取齒輪材料進(jìn) 行設(shè)計，分別從齒面接觸強度和齒根彎曲強度兩方面進(jìn)行設(shè)計，求出齒 輪合理直徑，然后再進(jìn)行齒面接觸強度及齒根彎曲強度校核，確定齒輪 參數(shù)。 1.4.1參數(shù)計算 1.4.2第一級齒輪傳動參數(shù)計算 由齒面接觸疲勞強度法面模數(shù) 小于由齒根彎曲疲勞強度 計算法面模數(shù) ,取 m=14滿足接觸疲勞強度，但為了同時滿足 彎曲疲勞強度，需按彎曲疲勞強度算來計算分度圓直徑。 1.5.1第一級齒輪傳動齒根彎曲疲勞強度計算 1.5.2第一級

10、齒輪傳動接觸疲勞強度計算 1.6軸徑設(shè)計 首先初算軸的直徑，然后根據(jù)軸的受力計算軸的彎矩扭矩，最終計算安全系 數(shù)達(dá)到校核的目的 1.6.1兩級平行軸中間軸設(shè)計 選取軸的材料為 ，滲碳淬火 由參考文獻(xiàn)1P5-19公式10.2可得： mm n P Ad149 1 .591 27.1641 10633 中間齒輪軸示意圖 (1)齒輪1（高速級從動輪）的受力計算： 由參考文獻(xiàn)1P140公式8.16可知 中間齒輪軸受力及彎矩分析圖 (2)齒輪4的受力計算： 由參考文獻(xiàn)1P140公式8.16可知 (3)齒輪的軸向力平移至軸上所產(chǎn)生的彎矩為： mmN d FM aH 64 1 11 1048. 2 2 303

11、 1064. 1 2 mmN d FM aH 63 4 44 1048. 2 2 56.659 1052. 7 2 (4)軸向外部軸向力合力為： NFFF aaA 334 41 1088. 81052. 71064. 1 (5)計算軸承支反力： (6)計算危險截面彎矩 (7)計算應(yīng)力 (8)計算安全系數(shù) 2.齒輪箱其他零部件的選用 2.1 軸承的選用 軸承式傳動鏈設(shè)計需要重點考慮的問題。如主軸的前軸承需要承 受風(fēng)輪產(chǎn)生的彎矩和推力 ，通常采用深溝球軸承作為徑向與軸向支 撐。 2.2 轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計及支承結(jié)構(gòu) 行星架是行星齒輪傳動中的一個重要構(gòu)件，在行星輪系中起著承 上啟下的作用，直接影響齒輪箱的壽命和齒輪箱的噪聲，一個結(jié)構(gòu)合 理的行星架應(yīng)當(dāng)是外廓尺寸小，質(zhì)量小，具有足夠的強度和剛度，動 平衡性好，能保證行星輪間的載荷分布均勻