風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪增速箱畢業(yè)設(shè)計(jì)

湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）⑩工作硬化系數(shù)而安全系數(shù)代入上述值：得到故符合要求，具有高的可靠度。（2）中間級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算參照上述低速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算步驟和公式，得到中間級(jí)齒面計(jì)算接觸應(yīng)力各項(xiàng)系數(shù)如下表所示：系數(shù)值1.31.0251.1312.252189.80.87450.9950.91代入以上系數(shù)，計(jì)算接觸應(yīng)力按接觸應(yīng)力=928.74計(jì)算安全系數(shù)=1.438故符合要求。（3）高速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算參照上述低速級(jí)接觸強(qiáng)度計(jì)算步驟和公式，得到高速級(jí)齒面計(jì)算接觸應(yīng)力各項(xiàng)系數(shù)如下表所示：系數(shù)值1.31.061.38312.33189.80.72940.9850.911代入以上系數(shù)，計(jì)算接觸應(yīng)力按接觸應(yīng)力=961.76計(jì)算安全系數(shù)=1.42故符合要求。傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核在傳動(dòng)軸的初步設(shè)計(jì)過程中，由于傳動(dòng)軸支撐和其他零件的位置，作用載荷等需要設(shè)計(jì)確定。首先可根據(jù)主軸傳遞扭矩初定出最小軸徑，再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。3.1低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算與校核3.1.1低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算低速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5378.8kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響.查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖3-1低速軸零件圖由上圖的知，低速級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。3.1.2低速級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。根據(jù)以上情況，可得低速級(jí)傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖：圖3-2低速軸受力圖由上受力圖經(jīng)行軸的強(qiáng)度校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：mm45鋼＝30～40軸的強(qiáng)度滿足要求。式中，——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；——軸所受的扭矩，；——軸的抗扭截面模量，；——軸的轉(zhuǎn)速，；——軸所傳遞的功率，Kw;——軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；－取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的系數(shù)，其值可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。故滿足強(qiáng)度要求。3.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核3.2.1中間級(jí)傳動(dòng)軸尺寸參數(shù)計(jì)算中間級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5271.2kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖3-3中間軸零件圖由上圖的知，中間級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。3.2.2中間級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。根據(jù)以上情況，經(jīng)行軸的強(qiáng)度校核。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：mm45鋼＝30～40根據(jù)條件，按照強(qiáng)度校核公式計(jì)算：故滿足強(qiáng)度要求。3.3高速級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算高速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5060.2kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖3-4高速軸零件圖3.4輸出傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算高速級(jí)傳動(dòng)軸經(jīng)上述計(jì)算，傳動(dòng)的功率=5000kw，轉(zhuǎn)速，齒輪寬度。因?yàn)閭鬟f的功率適中，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。選用的材料，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖3-5輸出軸零件圖第四章齒輪箱其他部件的設(shè)計(jì)4.1軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸承蓋用以固定軸承，調(diào)整軸承間隙及承受軸向載荷，軸承蓋有嵌入式和凸緣式兩種。嵌入式軸承蓋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為增強(qiáng)其密封性能，常與O形密封圈配合使用。由于調(diào)整軸承間隙時(shí)，需打開箱蓋，放置調(diào)整墊片，比較麻煩，故多用于不調(diào)整間隙的軸承處。凸緣式軸承蓋，調(diào)整軸承間隙比較方便，密封性能好，應(yīng)用較多。凸緣式軸承蓋多用鑄鐵鑄造，應(yīng)使其具有良好的鑄造工藝性。對(duì)穿通式軸承蓋，由于安裝密封件要求軸承蓋與軸配合處有較大厚度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其厚度均勻。當(dāng)軸承采用箱體內(nèi)的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，為了將傳動(dòng)件飛濺的油經(jīng)箱體剖分面上的油溝引入軸承，應(yīng)在軸承蓋上開槽，并將軸承蓋的端部直徑做小些，以保證油路暢通。圖4-1軸承端蓋簡(jiǎn)圖4.2行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行星架是行星齒輪傳動(dòng)中的一個(gè)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(gè)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(qiáng)度和剛度，動(dòng)平衡性好，能保證行星輪間的載荷分布均勻，而且應(yīng)具有良好的加工和裝配工藝。從而，可使行星齒輪傳動(dòng)具有較大的承載能力，較好的傳動(dòng)平穩(wěn)性以及較小的振動(dòng)和噪聲，為此對(duì)行星架的制作有以下要求：1)行星架的材料應(yīng)選用QT700，,其力學(xué)性能應(yīng)分別符合GB/T1348-2009，BG/T3077-1999，JB/T6402-2008的規(guī)定，也可使用其他具有等效力學(xué)性能的材料。2)行星輪孔系與行星架回轉(zhuǎn)軸線的位置度應(yīng)符合GB/T1184-1996的5級(jí)精度的規(guī)定。3)行星架精加工后應(yīng)進(jìn)行靜平衡。4)行星架若才贏焊接結(jié)構(gòu)，則應(yīng)對(duì)其焊縫進(jìn)行超聲波探傷，并應(yīng)符合GB/T11345-1989的要求。4.3傳動(dòng)齒輪箱箱體設(shè)計(jì)箱體是傳動(dòng)齒輪箱的重要零件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力。箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證質(zhì)量。箱體的設(shè)計(jì)應(yīng)該按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的布局，加工和裝配，檢查以及維護(hù)等要求來進(jìn)行。應(yīng)該注意軸承支撐和機(jī)座支承的不同方向的反力及其相對(duì)值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增加必要的加強(qiáng)筋。同時(shí)加強(qiáng)筋的位置必須與引起箱體變形的作用力方向一致。對(duì)于傳動(dòng)齒輪箱箱體材料選擇，采用鑄鐵箱體可以發(fā)揮其減震性，易于切削加工等特點(diǎn)，適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他的高強(qiáng)度鑄鐵和其他高強(qiáng)度鑄鐵。設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)該避免壁厚突變，減小厚壁差，以免產(chǎn)生縮孔和縮松等缺陷。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單件小批量生產(chǎn)時(shí)，多采用的是焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減少機(jī)械加工過程中和使用中的變形，為防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)該進(jìn)行退火，時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。為了方便裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應(yīng)該設(shè)有觀察窗。機(jī)座一旁設(shè)有連體吊鉤，供起吊整臺(tái)齒輪箱。4.4齒輪箱的密封、潤(rùn)滑、冷卻4.4.1齒輪箱的密封齒輪箱軸伸部位的密封一方面應(yīng)能防止?jié)櫥屯庑?，同時(shí)也能防止雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)。常用的密封分為非接觸式密封和接觸式密封兩種。1.非接觸式密封。非接觸式密封不會(huì)產(chǎn)生磨損，使用時(shí)間長(zhǎng)。軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡(jiǎn)單的密封。間隙大小取決于軸的徑向跳動(dòng)大小和端蓋孔相對(duì)于軸承孔的不同軸度。在端蓋孔或軸頸上加工出一些溝槽，一般是2~4個(gè)，形成所謂的迷宮，溝槽底部開有回油槽，使外泄的油液遇到溝槽改變方向輸回箱體中。也可以在密封的內(nèi)側(cè)設(shè)置甩油盤，阻擋飛濺的油液，增強(qiáng)密封效果。2.接觸式密封。接觸式密封使用的密封可靠，耐久，摩擦阻力小。容易制造和裝拆，應(yīng)能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損。常用的旋轉(zhuǎn)用唇形密封有多種方式，可按標(biāo)準(zhǔn)選取。密封部位軸的表面粗糙度R=0.2-0.63.與密封圈接觸的軸表面不允許有螺旋形機(jī)加工痕跡。軸端應(yīng)有小于30的導(dǎo)入角，倒角上不應(yīng)有銳邊，毛刺和粗糙的機(jī)加工殘留。本次設(shè)計(jì)采用了以上的第二種密封方式。4.4.2齒輪箱的潤(rùn)滑、冷卻齒輪箱的潤(rùn)滑十分重要，良好的潤(rùn)滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用。為此，必須高度重視齒輪的潤(rùn)滑問題，嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤(rùn)滑系統(tǒng)長(zhǎng)期處于最佳狀態(tài)。齒輪箱常用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑，一般以強(qiáng)制潤(rùn)滑為多見。因此，配備可靠的潤(rùn)滑系統(tǒng)尤為重要。在機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)中，齒輪泵從油箱將油液經(jīng)過濾油器輸送到齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)，對(duì)齒輪箱的齒輪和傳動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑，管道上裝有各種監(jiān)控裝置，確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)出現(xiàn)漏油。保持油液的清潔作業(yè)十分重要，即使是第一次使用新油，也要經(jīng)過過濾，系統(tǒng)中除了主濾油器之外，最好加裝旁路濾油器輔助濾油器，以確保油液的潔凈。對(duì)潤(rùn)滑油的要求應(yīng)考慮能夠起齒輪和軸承的保護(hù)作用。此外好應(yīng)具備以下性能：1.減少摩擦和磨損，具有高強(qiáng)的承載能力，防止膠合；2.吸收沖擊和振動(dòng)；3.防止疲勞點(diǎn)蝕；4.冷卻，防銹，抗腐性。風(fēng)力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪動(dòng)類型，其主要的失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤(rùn)滑油時(shí)，重點(diǎn)是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強(qiáng)度。潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的散熱器常用風(fēng)冷式的，有系統(tǒng)中的溫度傳感器控制，在必要時(shí)通過電控旁閥自動(dòng)打開冷卻回路，使油液先流經(jīng)散熱器散熱，再進(jìn)入齒輪箱。齒輪和軸承軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中他們實(shí)際都是非直接接觸的，這中間是靠潤(rùn)滑油建成油膜，使其形成非接觸性的滾動(dòng)和滑動(dòng)，這是油起到了潤(rùn)滑的作用。雖然他們是非接觸的滾動(dòng)和滑動(dòng)，但由于加工精度等原因使其轉(zhuǎn)動(dòng)中有相對(duì)的滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，這都會(huì)產(chǎn)生一定的熱。如果這些熱量在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中沒有消除，勢(shì)必會(huì)越積越多，最后導(dǎo)致高溫?zé)龤X輪和軸承，因此齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中必須用潤(rùn)滑油來進(jìn)行冷卻。所以潤(rùn)滑油一方面其潤(rùn)滑作用，另一方面起冷卻的作用。對(duì)于齒輪箱，對(duì)于所有齒輪和軸承，我們都要采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，原因有：1)強(qiáng)制潤(rùn)滑可以進(jìn)行監(jiān)控，而飛濺潤(rùn)滑是監(jiān)控不了的，從安全性考慮，采用強(qiáng)制潤(rùn)滑。2)現(xiàn)在風(fēng)機(jī)齒輪箱功率越來越大，其功率損耗也越來越大因此飛濺潤(rùn)滑已經(jīng)滿足不了冷卻的作用這是需要進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑的。4.5齒輪箱的使用安裝齒輪箱的主動(dòng)軸與葉片輪的連接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)結(jié)時(shí)，應(yīng)采用合適的聯(lián)軸器，最好的彈性聯(lián)軸器，并串接起來保護(hù)作用的安全裝置，齒輪箱軸線上和與之相連的部件的軸線應(yīng)保證同心，其誤差不得大于所選用的聯(lián)軸器的齒輪箱的允許值，齒輪箱體上也不允許承受附加的扭轉(zhuǎn)力。齒輪箱安裝后用人工搬動(dòng)應(yīng)靈活，無卡滯現(xiàn)象。打開觀察窗蓋檢查箱體內(nèi)部機(jī)件應(yīng)無銹蝕現(xiàn)象。用涂色法檢驗(yàn)，齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求。第五章結(jié)論本文針對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，所做的主要工作和結(jié)論如下：1.對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電齒輪箱傳動(dòng)方案的確定，在綜合行星傳動(dòng)與平行軸傳動(dòng)對(duì)比以及一級(jí)行星齒輪帶動(dòng)兩級(jí)圓柱齒輪與兩級(jí)行星齒輪帶動(dòng)一級(jí)圓柱齒輪的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選用兩級(jí)行星派生型傳動(dòng)方案。在兩級(jí)行星傳動(dòng)中，采用簡(jiǎn)單易行的太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)。依據(jù)風(fēng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)與要求，計(jì)算確定了齒輪箱各級(jí)齒輪參數(shù)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)齒面接觸齒根彎曲進(jìn)行了靜強(qiáng)度校核，結(jié)果符合安全要求。2.對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)各部件進(jìn)行CAD畫圖；從增速箱整體考慮，對(duì)其內(nèi)部穩(wěn)定性，潤(rùn)滑等方面進(jìn)行分析，對(duì)增速箱內(nèi)軸承的選取，潤(rùn)滑方案的設(shè)計(jì)等進(jìn)行完善。由于本人水平，時(shí)間和條件的限制，上述研究尚有不完善之處，還有不少工作尚待進(jìn)一步研究，主要有：1)對(duì)風(fēng)電齒輪箱變載荷的處理中，疲勞損傷理論的完善是比較重要而緊迫的問題，而目前的損傷理論并不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，需要對(duì)積累疲勞損傷理論做進(jìn)一步的研究。2)大型風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)的在線檢測(cè)及故障診斷技術(shù)的研究。我國(guó)大型風(fēng)電機(jī)組缺乏對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和故障的詳細(xì)記錄和分析，對(duì)軸承在運(yùn)行過程中的溫度，潤(rùn)滑劑污染狀況等因素的影響考慮仍不夠完善，應(yīng)進(jìn)一步通過檢測(cè)，試驗(yàn)來準(zhǔn)確評(píng)估其對(duì)軸承壽命的影響。3)針對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組的高可靠性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究大型風(fēng)電機(jī)組的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行壽命，降低成本的重要手段，而我國(guó)對(duì)于大型風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)地可靠性綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)研究方面做的很少，需要對(duì)此做進(jìn)一步的研究。最后，設(shè)計(jì)接近尾聲，只能說，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中自己真的經(jīng)歷了很多，也學(xué)會(huì)了很多。無論是在知識(shí)和技能上，還是在人品和素質(zhì)上都是一個(gè)跨階段性的提高。這是一個(gè)機(jī)會(huì)，也將是一個(gè)美好的回憶。機(jī)會(huì)難得，所以我們要好好珍惜。用這么好的機(jī)會(huì)去學(xué)會(huì)更多的東西。參考文獻(xiàn)[1]潘存云.機(jī)械原理[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2011.[2]林景堯.風(fēng)能設(shè)備使用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.[3]芮曉明.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.[4]姚興佳.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[5]趙振宙.風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理與應(yīng)用.北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.[6]Tony

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