【正文】 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）i600kw 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄1 緒論 ...................1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ...................................................................1 研究目的與內(nèi)容 ...................................................................................22 600kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速器設(shè)計(jì) ..........3 傳動(dòng)方案的確定 ...................................................................................3 增速器基本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟 .......................................................5 傳動(dòng)方案及運(yùn)動(dòng)原理圖 .......................................................................63 增速器整機(jī)設(shè)計(jì) ...............8 第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)及校核其裝配條件 ...................................8 第二級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì) .........................................................10 第三級(jí)平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì) .........................................................10 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................11機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ii 行星輪傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................114 材料選擇 .................15 材料的選擇 .........................................................................................155 強(qiáng)度校核 .................17 行星傳動(dòng)輪系的強(qiáng)度校核 .................................................................17 第二級(jí)斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度校核 .........................................................24 第三級(jí)直齒圓柱齒輪強(qiáng)度校核 .........................................................286 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)選用與計(jì)算 ...........33 輸入軸的設(shè)計(jì)與校核 .........................................................................33 行星輪心軸的設(shè)計(jì)與校核 ..................................................................34 圓柱斜齒輪傳動(dòng)軸的的設(shè)計(jì) ..............................................................36 圓柱齒輪傳動(dòng)中間齒輪軸設(shè)計(jì) .........................................................37 圓柱齒輪傳動(dòng)輸出軸的設(shè)計(jì) .............................................................397 太陽輪浮動(dòng)用齒式聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .........44 浮動(dòng)用齒式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................................448 行星齒輪箱機(jī)體結(jié)構(gòu) .............469 齒輪箱的潤滑與冷卻 .............47 行星齒輪箱的潤滑油的選用 .............................................................47機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）iii 行星齒輪箱的潤滑油的維護(hù) .............................................................47 行星齒輪箱的冷卻 .............................................................................48參考文獻(xiàn) .................50謝 辭 ..................52附 錄 ..................53機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 1 頁 共 63 頁1 緒論 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢我國的風(fēng)能資源儲(chǔ)蓄局世界首位。據(jù)保守估算，僅陸上可開發(fā)的風(fēng)電裝機(jī)容量就達(dá) 億千瓦，與可開發(fā)的水電裝機(jī)容量為同一數(shù)量級(jí)，再加上近海的風(fēng)能資源，我國可開發(fā)風(fēng)能資源估計(jì)在 10 億千瓦以上，具備大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電的資源條件。所以國外專家評(píng)論，如果中國單靠風(fēng)力發(fā)電以每年 30%的速度發(fā)展，到 2020 年占到全部電力的 10%具有可行性。相對(duì)水電，核電而言，風(fēng)電更有望成為解決我國能源和電力可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最現(xiàn)實(shí)途徑之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究的目的：風(fēng)力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運(yùn)行時(shí)間的積累，發(fā)現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓，監(jiān)控，機(jī)械傳動(dòng)等幾大系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪箱的故障率最高，并且是更換維修最貴的部件之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)電齒輪箱的損壞在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)的故障中占據(jù)了很大比重，有的風(fēng)力發(fā)電廠齒輪箱損壞率竟高達(dá) 40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風(fēng)電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機(jī)艙內(nèi)，其維修不方便，維修成本高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)成為風(fēng)力機(jī)快速發(fā)展的主要瓶頸目前，發(fā)生在國內(nèi)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的齒輪箱故障，主要表現(xiàn)在齒輪箱的正常工作壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，由于設(shè)備本身龐大，維修不便等原因，要求整機(jī)有較長的工作壽命，一般要說工作壽命為20 年。分析其原因就是：一方面，我國的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)主要是建立在模仿國外設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，國外的設(shè)計(jì)并不能很好的和我的風(fēng)力條件及使用環(huán)境很好的契合；另一方面，即使按照設(shè)計(jì)，在理論上能夠滿足我國使用要求的齒輪箱，由于我國的其他制造工藝水平的限制，如熱處理，材料加工等方面，做出來的成品也有部分不能滿足正常工作時(shí)間需求。根據(jù)我國風(fēng)電廠實(shí)際的運(yùn)用表明，增速齒機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 2 頁 共 63 頁輪箱的故障率在整個(gè)機(jī)組中最高，其中齒輪部分的時(shí)效的故障率最高。因此，合理的設(shè)計(jì)齒輪箱系統(tǒng)則顯得很重要。風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，也是目前風(fēng)電設(shè)備中最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，我國目前雖然已經(jīng)能夠做到 750KW 以下機(jī)組的自主批量生產(chǎn)，但是國產(chǎn)齒輪箱在實(shí)際的運(yùn)行過程中并不盡如人意，其故障率與國外機(jī)型相比偏高，輪齒部分有明顯的局部斷裂，斷口處無明顯的塑性變形，斷裂面光滑，在燈光下有光澤，斷面靠近齒跟處有一明顯的 V 形斷裂。可見本失效主要屬于疲勞斷裂。影響疲勞壽命的因素很多，包括材料本身的性能、工件本身的結(jié)構(gòu)、載荷特征等。本文主要針對(duì)齒輪的這種失效情況，提出了 750KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速齒輪箱輪系新的配置方案。力求減少這種情況的發(fā)生。按新的的輪系配置方案建立了虛擬樣機(jī)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要傳動(dòng)部件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，并對(duì)最危險(xiǎn)的齒輪進(jìn)行了柔性體動(dòng)力學(xué)分析、接觸分析、疲勞壽命分析及模態(tài)分析，證明了該方案的可行性。 研究目的與內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究的目的：在風(fēng)力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運(yùn)行時(shí)間積累，發(fā)現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓，監(jiān)控，機(jī)械傳動(dòng)等幾大系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪箱的故障率最高，并且是更換維修最貴的部件之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)電齒輪箱的損壞在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)的故障中占據(jù)了很大比重，有的風(fēng)力發(fā)電廠齒輪箱損壞率高達(dá) 40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風(fēng)電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機(jī)艙內(nèi)，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)成為風(fēng)力機(jī)快速發(fā)展的主要與其他工業(yè)齒輪箱相比，風(fēng)電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機(jī)艙內(nèi)，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)成為風(fēng)力機(jī)快速發(fā)展的主要瓶頸。本文的主要研究內(nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面：（1）600kW 風(fēng)力發(fā)電組增速器的設(shè)計(jì)；（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件,其主要需要機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 3 頁 共 63 頁研究的部件如下:箱體，行星架，齒輪（太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈、斜齒輪、直齒輪）軸、聯(lián)接（鍵的聯(lián)接，以及脹緊聯(lián)接）2 600kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速器設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案的確定傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)器的主要組成部分。傳動(dòng)件及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是否合理、 制造和裝配質(zhì)量是否符合要求，將成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。傳動(dòng)可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電傳動(dòng)三類 [ ]。而機(jī)械傳動(dòng)按其工作原理分為嚙合傳動(dòng)與摩擦傳動(dòng)，具體分為鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)四類。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)特點(diǎn)和工作環(huán)境要求，一般均選擇齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。在各種機(jī)械和機(jī)械設(shè)備中獲得叫廣泛的應(yīng)用。例如，起重機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、建筑機(jī)械、石油機(jī)械、紡織機(jī)械、機(jī)床、汽車、飛機(jī)、火炮船舶和儀器。其主要優(yōu)點(diǎn)是：具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動(dòng)分為開式、半開式和閉式三種傳動(dòng)方式 [ ]。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，一般采用閉式傳動(dòng)以滿足潤滑要求。為了減速、增速和變速等特殊用途，經(jīng)常采用一系列互相嚙合的齒輪所組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，在《機(jī)械原理》中，便將上述齒輪傳動(dòng)稱之為輪系。增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩。增速器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，它承擔(dān)了調(diào)速、改變運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配等功能?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等特點(diǎn)，本文采用兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)加一級(jí)平行軸斜齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒輪箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等。 增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩 [ ]。增速器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，它承擔(dān)了調(diào)速、機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 4 頁 共 63 頁改變運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配等功能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒輪箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等。常用齒輪箱形式及其特點(diǎn)和應(yīng)用見表 。表 常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的形式和應(yīng)用傳遞形式 傳動(dòng)簡圖 傳動(dòng)比 特點(diǎn)及應(yīng)用展開式 60~821?i結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪箱對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大剛度。高速級(jí)齒輪布置在原理轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形可部分抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均現(xiàn)象，用于載荷比較平緩場合。分流式 60~821?i結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪箱對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻，中間軸危險(xiǎn)截面上的轉(zhuǎn)矩只相當(dāng)于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩的一半，適用于變載荷的場合。兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)同軸式 60~821?i減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 5 頁 共 63 頁載能力難于充分利用同軸分流式 60~821?i每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩，中間軸只受全部載荷的一半。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒輪箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混 600kw 以上的風(fēng)電增速箱由于功率大，大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，通常采用功率分流的行星傳動(dòng)。常見結(jié)構(gòu)有：兩級(jí)平行軸加一級(jí)行星和一級(jí)平行軸加兩級(jí)級(jí)行星傳動(dòng)兩種形式。本文采用的是平行軸與行星輪系混合式齒輪箱。 增速器基本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟表 基本參數(shù)范圍額定功率 增速比 輸出轉(zhuǎn)速 輸入轉(zhuǎn)速 分度圓壓力角模數(shù)600KW 60100 15001700r/min 2035r/min 20176。 515(1)根據(jù)傳動(dòng)裝置的使用要求及工作特點(diǎn)確定傳動(dòng)形式為行星齒輪傳動(dòng)。 (2)確定行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式