【文章內(nèi)容簡介】 自與片來的突變負載。所以主軸采用了懸臂梁結(jié)構(gòu)。 主軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 主軸的疲勞強度校核判斷根據(jù)為 ? ?SS? 。當該式不能滿足時，應改進軸的沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 7 結(jié)構(gòu)降低應力集中，其主要措施可采用熱處理、表面強化處理等工藝措施以及加大軸徑、改用較好材料等方法解決。 危險截面安全系數(shù) S的校核計算公式為 ? ?22SSSSSS??????? (31) 式中 S? —— 只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) S? —— 只考慮扭矩作用時的安全系數(shù) ??S —— 按疲勞強度計算的許用安全系數(shù) 1mS K?? ????? ? ?????? 1mS K?? ????? ? ?????? (32) 式中 1?? —— 對稱循環(huán)應力下的材料彎曲疲勞極限（ MPa） 1?? —— 對稱循環(huán)應力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限（ MPa） KK??、 —— 彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應力集中系數(shù) ? —— 表面質(zhì)量系數(shù) ????、 —— 材料拉伸和扭轉(zhuǎn)的平均應力折算系數(shù) m???、 —— 彎曲應力 的應力副和平均應力（ MPa） m???、 —— 扭轉(zhuǎn)應力的應力副和平均應力（ MPa） 以知： rpmn ? ， kWP 1100? 查機械設計手冊表 26 11 得 1?? =255MPa，1?? =145MPa；查表 26 36得 ??K ， ??K ；查 表 26 39 得 ?? ；查表 26 313 得 ??? ， ??? ；查表 26 311 得 ??? ， ??? ，因為是對稱循環(huán)所以 0?m? 。 ? —— 空心軸內(nèi)徑 0d 與外徑 d之比， 0dv d? pWW、 —— 抗彎和抗扭截面系數(shù) ㎜ 3 MT、 —— 截面上的彎矩和扭矩 N mm ???T N m ?M N m ? ? 4343 ????????? ????? ?? dW m3 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 8 ? ? 43 ???? WdW p ?? m3 MP aWM ????? MP aWpTm 60 42 ????? ?? ? 255 ??????S 3 9 3 1 4 5 ???????S 22 ????S 由表 26 34 可知， ??S = ~ ，故 ? ?SS? ，所以是安全的。 主軸材料選用由于風力發(fā)電機組主軸受力復雜，通選用的材料是 34CrNiMo6。 齒輪箱的構(gòu)造及選用 風力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功能是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉(zhuǎn)速。風輪的轉(zhuǎn)速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電的要求，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用 來實現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。 由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，受無規(guī)律的變向變載荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經(jīng)受酷暑、嚴寒和極端溫差的影響，加之所處環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命比一般的機械高得多的要求。 齒輪箱的構(gòu)造 齒輪箱的類型與特點 ： 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 9 風力發(fā)電機組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可以分為圓柱齒輪箱、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 以分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等等。常用的齒輪箱形式及特點和應用如下： （ 1） 兩級圓柱齒輪傳動： 1）展開式 ：如圖 34 所示，傳動比 i= 80~6 ，這種傳動形式結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭矩變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒。 2）分流式：如圖 35所示，傳動比 i= 80~6 ，這種結(jié)構(gòu)復雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，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。高速級一般用斜齒，低速級可用直齒或人字齒。 圖 34 展開式 圖 35 分流式 3）同軸式：如圖 36所示，傳動比 i= 80~6 ，這種傳動形式減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪侵入油 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，高速軸的承載能力難于充分利用，兩級圓柱齒輪傳動同軸。 4）同軸分流式：如圖 37所示，傳動比 i= 80~6 ，這種傳動形式每對嚙合齒輪僅傳動全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 10 圖 36 同軸式 圖 37 同軸分流式 （ 2） 行星齒輪傳動 1）單級 NGW：如圖 38 所示，傳動比 i= ~ ，與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸小，重量輕，但制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)較復雜，在要求結(jié)構(gòu)緊湊的動力傳動中使用廣泛。 2）兩級 NGW：如圖 39 所示，傳動比 i= 160~14 ，特點與應用與單級 NGW相同。 圖 38 單級 NGW 圖 39 兩級 NGW 3）一級行星兩級圓柱齒輪傳動混合式：如圖 310所示，傳動比 i= 80~20 ，低速軸為行星傳動，使功率分流，同時合理應用了內(nèi)嚙合。末二級為平行軸圓柱齒輪的傳動，可合理分配減速比，提高傳動效率。 圖 310 混合式 齒輪箱傳動形式的選用 ： 由于需求齒輪箱的增速比為 1： ，根據(jù)以上齒輪箱的特點以及設計的沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 11 需要，我們采用了一級行星兩級圓柱齒輪混合式傳動。 體設計 齒輪箱的設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡化并且重量最輕。根據(jù)機組的要求，選用合理的設計參數(shù)，排定最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的構(gòu)件和具有良好力學特性以及在環(huán)境溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，配備完整充分的潤滑、冷卻系統(tǒng)和監(jiān)控裝置等，是設計齒輪箱的必要前提條件。 箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力。箱體必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質(zhì)量。箱體的設計按照風力發(fā)電機組的動力傳動的布局、加工和裝配、檢查以及維護等要求來進行。注意 軸承支承和機座支承的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增設必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點。常用的材料有球墨鑄鐵。鑄造箱體時應盡量避免壁厚突變，減小壁厚差，以免產(chǎn)生縮孔和疏松等缺陷。為減小機械加工過程和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，應進行退火、時效處理，以消除內(nèi)應力。為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上設有觀察窗。機座旁設有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱用。箱體支座的凸緣具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的耳孔和搖 臂支座孔的結(jié)構(gòu)。為了減小齒輪箱傳動到機艙機座的震動，齒輪箱可安裝在彈性減振器上。箱蓋上還應設有透氣罩、油標或油位指示器。在相應部位設有注油器和放油孔。 風力發(fā)電機組齒輪箱的主要承載零件是齒輪，其齒輪的失效形式主要是輪齒者斷和齒面點蝕、剝落，故各種標準和規(guī)范都要求對齒輪的承載能力進行分析計算，常用用的標準是 GB/T3480 或 DIN3990 中規(guī)定的齒根彎曲疲勞和齒面接觸疲勞校核計算，對輪齒進行極限狀態(tài)分析。 （ 1） 齒輪傳動設計參數(shù)的選擇： 1）形角 ? （分度圓壓力角）的選擇 齒輪的標準齒形角為 20 。采用大齒形角（ 23 、 25 、 28 等），可以提高強度，使輪齒的齒厚及節(jié)點處的齒廓曲沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計論文 12 率半徑增大，從而提高承載能力，但會增大軸承上的載荷。采用小齒形角（小于 20 ）時，可使避免根切的最少 齒數(shù)增多，加大了重合度，從而降低噪聲和動載荷，但會減小輪齒的強度。根據(jù)實踐經(jīng)驗，我們采用了 20 標準齒形角。 2）摸數(shù) m 的選擇 在滿足輪齒彎曲強度的條件下，選用較小的摸數(shù)可以增大齒輪副的重合度，減小滑動率，也可以減小齒輪切削量，降低制造成本。但隨之而來的因制造和安裝的質(zhì)量問題會增大輪齒折斷的危險性，故實際使用常常選用較大摸數(shù)。 摸數(shù)的選擇：行星級內(nèi)齒輪、行星輪、太陽輪的摸數(shù) m=14，中間級齒輪摸數(shù) m=12，高速級齒輪摸數(shù) m=8。 3）齒 數(shù) Z 受齒輪根切的限制，小齒輪有最少齒數(shù)的要求。對于尺寸一定的齒輪，齒數(shù)加和摸數(shù)減小可明顯提高傳動質(zhì)量，故在滿足輪齒彎曲強度的條件下，應盡量選用較多齒數(shù)。 齒數(shù)選擇：行星級內(nèi)齒輪 Z=90，行星輪 Z=35，太陽輪 Z=18；中間級小齒輪Z=16，大齒輪 Z=60；高速級大齒輪 Z=66，小齒輪 Z=19。 4）螺旋角 ? ? 角太小，將失去斜齒輪的優(yōu)點；取大值，可增大重合度，使傳動平穩(wěn)性提高，但會引起很大 的軸向力，一般取 ? =8 ~15 。對于普通圓柱齒輪傳動，低速級轉(zhuǎn)速低扭矩大，可采用直齒輪；中間級通常取 8 ~12?? ；高速級為減少噪聲，可取較大的口角，如 10 ~15 。所以，中間級斜齒輪螺旋角取 10?? ；高速級斜齒輪螺旋