【正文】 機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）i600kw 風力發(fā)電機組畢業(yè)設(shè)計論文目 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 風力發(fā)電機組增速器設(shè)計 ..........3 傳動方案的確定 ...................................................................................3 增速器基本設(shè)計要求及設(shè)計步驟 .......................................................5 傳動方案及運動原理圖 .......................................................................63 增速器整機設(shè)計 ...............8 第一級行星輪系傳動設(shè)計及校核其裝配條件 ...................................8 第二級平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計 .........................................................10 第三級平行軸圓柱直齒輪設(shè)計 .........................................................10 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................11機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）ii 行星輪傳動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................114 材料選擇 .................15 材料的選擇 .........................................................................................155 強度校核 .................17 行星傳動輪系的強度校核 .................................................................17 第二級斜齒圓柱齒輪強度校核 .........................................................24 第三級直齒圓柱齒輪強度校核 .........................................................286 主要構(gòu)件設(shè)計選用與計算 ...........33 輸入軸的設(shè)計與校核 .........................................................................33 行星輪心軸的設(shè)計與校核 ..................................................................34 圓柱斜齒輪傳動軸的的設(shè)計 ..............................................................36 圓柱齒輪傳動中間齒輪軸設(shè)計 .........................................................37 圓柱齒輪傳動輸出軸的設(shè)計 .............................................................397 太陽輪浮動用齒式聯(lián)軸器的設(shè)計 .........44 浮動用齒式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................................448 行星齒輪箱機體結(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機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）iii 行星齒輪箱的潤滑油的維護 .............................................................47 行星齒輪箱的冷卻 .............................................................................48參考文獻 .................50謝 辭 ..................52附 錄 ..................53機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第 1 頁 共 63 頁1 緒論 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢我國的風能資源儲蓄局世界首位。據(jù)保守估算，僅陸上可開發(fā)的風電裝機容量就達 億千瓦，與可開發(fā)的水電裝機容量為同一數(shù)量級，再加上近海的風能資源，我國可開發(fā)風能資源估計在 10 億千瓦以上，具備大規(guī)模發(fā)展風電的資源條件。所以國外專家評論，如果中國單靠風力發(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。相對水電，核電而言，風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)實途徑之一。風力發(fā)電機研究的目的：風力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運行時間的積累，發(fā)現(xiàn)在風力發(fā)電機的液壓，監(jiān)控，機械傳動等幾大系統(tǒng)中，傳動系統(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，風電齒輪箱的損壞在風電機組運行出現(xiàn)的故障中占據(jù)了很大比重，有的風力發(fā)電廠齒輪箱損壞率竟高達 40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內(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，高可靠性風電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)成為風力機快速發(fā)展的主要瓶頸目前，發(fā)生在國內(nèi)運行的大型風力發(fā)電機中的齒輪箱故障，主要表現(xiàn)在齒輪箱的正常工作壽命達不到設(shè)計要求。對于大型風力發(fā)電機來說，由于設(shè)備本身龐大，維修不便等原因，要求整機有較長的工作壽命，一般要說工作壽命為20 年。分析其原因就是：一方面，我國的風機設(shè)計主要是建立在模仿國外設(shè)計的基礎(chǔ)上，國外的設(shè)計并不能很好的和我的風力條件及使用環(huán)境很好的契合；另一方面，即使按照設(shè)計，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間需求。根據(jù)我國風電廠實際的運用表明，增速齒機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第 2 頁 共 63 頁輪箱的故障率在整個機組中最高，其中齒輪部分的時效的故障率最高。因此，合理的設(shè)計齒輪箱系統(tǒng)則顯得很重要。風電齒輪箱作為風力機傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，也是目前風電設(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 以下機組的自主批量生產(chǎn)，但是國產(chǎn)齒輪箱在實際的運行過程中并不盡如人意，其故障率與國外機型相比偏高，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。本文主要針對齒輪的這種失效情況，提出了 750KW 風力發(fā)電機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，對風力發(fā)電機的主要傳動部件進行了動力學分析，并對最危險的齒輪進行了柔性體動力學分析、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)容風力發(fā)電機研究的目的：在風力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運行時間積累，發(fā)現(xiàn)在風力發(fā)電機的液壓，監(jiān)控，機械傳動等幾大系統(tǒng)中，傳動系統(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，風電齒輪箱的損壞在風電機組運行出現(xiàn)的故障中占據(jù)了很大比重，有的風力發(fā)電廠齒輪箱損壞率高達 40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內(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，高可靠性風電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)成為風力機快速發(fā)展的主要與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內(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，高可靠性風電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)成為風力機快速發(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方面：（1）600kW 風力發(fā)電組增速器的設(shè)計；（2）風力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件,其主要需要機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（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 風力發(fā)電機組增速器設(shè)計 傳動方案的確定傳動裝置是大多數(shù)機器的主要組成部分。傳動件及傳動裝置設(shè)計是否合理、 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。傳動可以分為機械傳動、流體傳動和電傳動三類 [ ]。而機械傳動按其工作原理分為嚙合傳動與摩擦傳動，具體分為鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動四類。根據(jù)風力發(fā)電機組傳動特點和工作環(huán)境要求，一般均選擇齒輪傳動。齒輪傳動是機械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動形式。在各種機械和機械設(shè)備中獲得叫廣泛的應(yīng)用。例如，起重機械、工程機械、冶金機械、建筑機械、石油機械、紡織機械、機床、汽車、飛機、火炮船舶和儀器。其主要優(yōu)點是：具有瞬時傳動比恒定、可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動分為開式、半開式和閉式三種傳動方式 [ ]。由于風力發(fā)電機工作環(huán)境惡劣，一般采用閉式傳動以滿足潤滑要求。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系統(tǒng)，在《機械原理》中，便將上述齒輪傳動稱之為輪系。增速器是指安裝在原動機與工作機之問獨立的閉式傳動裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩。增速器是風力發(fā)電機組的重要組成部分，它承擔了調(diào)速、改變運動形式、動力和運動的傳遞和分配等功能?？紤]到風力發(fā)電機要求傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等特點，本文采用兩級行星齒輪傳動加一級平行軸斜齒輪傳動的結(jié)構(gòu)形式。風力發(fā)電機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；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照傳動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機與工作機之問獨立的閉式傳動裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩 [ ]。增速器是風力發(fā)電機組的重要組成部分，它承擔了調(diào)速、機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第 4 頁 共 63 頁改變運動形式、動力和運動的傳遞和分配等功能。風力發(fā)電機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；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照傳動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和應(yīng)用見表 。表 常用風力發(fā)電機組增速箱的形式和應(yīng)用傳遞形式 傳動簡圖 傳動比 特點及應(yīng)用展開式 60~821?i結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪箱對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大剛度。高速級齒輪布置在原理轉(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，但由于齒輪箱對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻，中間軸危險截面上的轉(zhuǎn)矩只相當于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩的一半，適用于變載荷的場合。兩級圓柱齒輪傳動同軸式 60~821?i減速器橫向尺寸較小，兩對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，高速軸的承機械工程學院畢業(yè)設(shè)計（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。 風力發(fā)電機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；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混 600kw 以上的風電增速箱由于功率大，大轉(zhuǎn)矩的特點，通常采用功率分流的行星傳動。常見結(jié)構(gòu)有：兩級平行軸加一級行星和一級平行軸加兩級級行星傳動兩種形式。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)計要求及設(shè)計步驟表 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)傳動裝置的使用要求及工作特點確定傳動形式為行星齒輪傳動。 (2)確定行星傳動的結(jié)構(gòu)形式