【正文】 和較長(zhǎng)的壽命。本文的主要研究?jī)?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(yè) 共 63 頁(yè)研究的部件如下:箱體，行星架，齒輪（太陽(yáng)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)可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電傳動(dòng)三類 [ ]。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)。在各種機(jī)械和機(jī)械設(shè)備中獲得叫廣泛的應(yīng)用。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(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊。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(rùn)滑要求。增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問(wèn)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?？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。 增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問(wèn)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 [ ]。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(lái)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(kāi)式、分流式和同軸式以及混合式等。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(jiǎn)圖 傳動(dòng)比 特點(diǎn)及應(yīng)用展開(kāi)式 60~821?i結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。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(kāi)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(chǎng)合。 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(lái)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(kāi)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)。本文采用的是平行軸與行星輪系混合式齒輪箱。 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)。(3)根據(jù)選定的電機(jī)的輸入速度和經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速后的輸出速度，確定出這個(gè)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比范圍。增速機(jī)構(gòu)增速后的輸出速度：1625r/min. 6215?i機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 6 頁(yè) 共 63 頁(yè)根據(jù)增速裝置的用途和工作特點(diǎn)，傳動(dòng)形式定位兩級(jí)定軸傳動(dòng)+單級(jí)行星傳動(dòng)，行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式確定為：?jiǎn)渭?jí) 2KH（NWG）型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由此，~12?i分配情況如下：第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)： =。參考文獻(xiàn)2i[7]第三級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)： =。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的增速箱主要采用 2K—H(KGW)型行星傳動(dòng)，屬于組合行星齒輪傳動(dòng)。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)行星架采用焊接結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，重量較輕，便于加工和裝配。機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 7 頁(yè) 共 63 頁(yè)(3)第一級(jí)行星結(jié)構(gòu)中太陽(yáng)輪采用浮動(dòng)輪的形式，通過(guò)齒輪聯(lián)軸器與高速軸而實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)，太陽(yáng)輪重量小、慣性小、浮動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、通用性強(qiáng)，當(dāng) =3 時(shí)均載效果最為顯著，同時(shí)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加的緊湊，????均載效果好?？紤]到600kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)大功率，結(jié)構(gòu)緊湊、高可靠性等特點(diǎn)，結(jié)合中國(guó)船級(jí)社風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范，本文采用的傳動(dòng)形式如圖 。此傳動(dòng)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)低速級(jí)為行星傳動(dòng)，效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞功率范圍大，成功實(shí)現(xiàn)了功率分流，軸向尺寸小，采用行星輪浮動(dòng)，均載效果好，實(shí)現(xiàn)了大傳動(dòng)比；(2)高速級(jí)為平行軸圓柱直齒輪傳動(dòng)，合理分配了傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)輸出，降低了振動(dòng)。即即CnZiwH??13 CZ??——行星輪的數(shù)目，此處取 =3. ???? ????C——盡可能取質(zhì)數(shù)，——太陽(yáng)輪的齒數(shù)。40)(2113???Z初步選擇齒輪的嚙合角為標(biāo)準(zhǔn)值： ∝=20176。為了保證中心輪和行星架軸線重合，故需保證 =21Z?23?3)裝配條件機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 10 頁(yè) 共 63 頁(yè) 一般行星傳動(dòng)中，行星輪數(shù)目大于 ，并保證與中心輪正確嚙合而沒(méi)有錯(cuò)位現(xiàn)象，所應(yīng)具備的齒數(shù)關(guān)系即為裝配條件。（整數(shù)）CnZw??21——行星輪的數(shù)目，此處取 =3.???? ????——太陽(yáng)輪的齒數(shù)1Z——行星輪輪的齒數(shù)2初步選模數(shù) m=10mm，根據(jù)以上公式，初步確定行星齒輪傳動(dòng)的參數(shù)如表。行星輪 41 10 0 430 385 410 0176。 第二級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)齒輪的傳動(dòng)比分配，第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比： 。第二級(jí)??5 19 10 0 12176。??7 25 8 0 216 190 200 0176。當(dāng)齒頂圓直徑 時(shí)，用軋制圓鋼做毛坯，可制成實(shí)心結(jié)構(gòu)。鑄造毛坯適用于直徑較大的齒輪（齒頂圓直徑 ，制成輪輻式結(jié)????400????構(gòu)。機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 12 頁(yè) 共 63 頁(yè)通過(guò)前面齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，已確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，現(xiàn)對(duì)齒輪的齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。齒輪的主要尺寸見(jiàn)零件圖。 行星輪傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 太陽(yáng)輪的結(jié)構(gòu)及其工藝制造路線 為便于軸與齒輪之間的連接，本文將太陽(yáng)輪制成齒輪軸的形式，并利用鼓形漸開(kāi)線花鍵實(shí)現(xiàn)與上一級(jí)行星架的連接，可使中心輪在一定范圍內(nèi)輕微擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)均載。圖 太陽(yáng)輪機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪的材料選擇及工藝過(guò)程：、太陽(yáng)輪的材料選擇為 20CrMnTi。硬齒面的承載能力往往受抗彎疲勞強(qiáng)度的限制，機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 13 頁(yè) 共 63 頁(yè)因此關(guān)鍵是如何提高硬齒面的翅根彎曲疲勞強(qiáng)度。尤其是對(duì)于滲碳淬火齒輪齒根圓角處磨前滾齒留有刀痕時(shí)，受載時(shí)間比較長(zhǎng)（循環(huán)次數(shù)大于 ）效果更明顯，106其疲勞強(qiáng)度可以成倍或幾倍的提高。在大多數(shù)的行星傳動(dòng)中，行星輪應(yīng)具有內(nèi)孔，以便在該內(nèi)孔中軸承或與心軸配合。為了減少 個(gè)行星輪間的尺寸差異，可以將同一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)中的行星輪組合起來(lái)????進(jìn)行加工，這樣制造的行星輪可以裝配在整體式行星架上。當(dāng)一般壁厚度 （m??≥3??為模數(shù)）時(shí)，為改善軸承受力情況，應(yīng)使行星輪孔內(nèi)兩個(gè)軸承之間的距離最大，這樣的裝配形式也可使載荷沿齒寬方向分布均勻。由于行星輪載荷較大，本文中采用了安裝兩個(gè)雙列調(diào)心滾子軸承的方式，行星輪結(jié)構(gòu)如圖 。當(dāng)行星架作為基本構(gòu)件時(shí)，它是機(jī)構(gòu)中承受外力矩最大的零件。行星架的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是重量輕、剛性好、便于加工和裝配。本次設(shè)計(jì)選用的行星架為雙臂整體式，毛坯選用鑄鋼材料 ZG340—640，這種結(jié)構(gòu)具有良好剛性。雙臂整體式，通過(guò)中間連接板聯(lián)結(jié)在一起，連接板的數(shù)量和尺寸與行星輪數(shù)目 有關(guān),當(dāng)不裝軸承時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)選取: =() , =() 。 ??2 ??39。機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁(yè) 共 63 頁(yè)4 材料選擇 各零件的材料選擇在行星齒輪中，各齒輪輪齒較常見(jiàn)的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損和輪齒折斷。若齒面接觸應(yīng)力超出材料的接觸持久極限，則輪齒在載荷的多次重復(fù)下，齒面表層產(chǎn)生細(xì)小的疲勞裂紋，裂紋的蔓延擴(kuò)展，使表層金屬微粒剝落而形成疲勞點(diǎn)蝕。在本次設(shè)計(jì)的一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)和二級(jí)平行軸式齒輪傳動(dòng)，由于行星齒輪傳動(dòng)的中心輪處于輸入軸上，且同時(shí)與三個(gè)行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，承載載荷較大，工作條件較差。但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，在低速重載的行星輪齒輪傳動(dòng)中，內(nèi)齒輪輪齒的吃面接觸強(qiáng)度可能低于計(jì)算值，即使其齒面接觸應(yīng)力 大于許用的接觸應(yīng)????力 ，從而出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕的現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)中，確定該內(nèi)嚙合??????齒輪副的許用接觸應(yīng)力時(shí)，必須考慮上述情況。因此，與一般傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件外，還應(yīng)滿足極端溫差條件下的一些機(jī)械特性，如低溫抗脆性、低膨脹收縮率等。齒輪采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造制取毛坯己獲得良好的力學(xué)特性。機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁(yè) 共 63 頁(yè)材料的機(jī)械性能包括硬度、強(qiáng)度、韌性及塑性等，反映材料在使用的過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的特性。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度與接觸疲勞強(qiáng)度，齒面需有足夠的硬度和耐磨性，芯部得有一定的強(qiáng)度和韌性。如材料為 40Cr 合金鋼的齒輪，當(dāng) 840860℃油淬，540620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá) 2832HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860880℃油淬，240—280℃回火時(shí)，硬度可達(dá) 4651HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng) 500560℃氮化處理，氮化層 時(shí)，硬度可達(dá) 5254HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性；根據(jù)需求各零件材料選擇如下表表 各傳動(dòng)部件材料及力學(xué)性能傳動(dòng)件材料 熱處理接觸強(qiáng)度（MPa）彎曲強(qiáng)度（MPa）加工精度太陽(yáng)輪行星輪20CrMnTi 滲碳淬火， 1500 480 磨齒 5 級(jí)內(nèi)齒圈 40CrNi 調(diào)質(zhì)， 720 320 插齒 6 級(jí)直、斜齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火， 1500 480 磨齒 5 級(jí)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁(yè) 共 63 頁(yè)5 強(qiáng)度校核 行星傳動(dòng)輪系的強(qiáng)度校核根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“漸開(kāi)線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法” （GB/T 34801977）在行星輪系傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪與三個(gè)行星輪相接觸，該嚙合副齒輪接觸強(qiáng)度即可。（1）太陽(yáng)輪與行星輪外嚙合接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度校核：太陽(yáng)輪 a 和行星輪 c 的材料選用 20CrMnTi，滲碳淬火，齒面硬度56～62HRC，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第一卷，選取 ，MPa150lim?H?MPa480lim?F?輸入軸轉(zhuǎn)矩??2 mN 29056905?????nP太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)矩為 ???iT太陽(yáng)輪輪齒上的轉(zhuǎn)矩為 . ????pnTk式中：n p—行星輪個(gè)數(shù)，n p=3；機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 18 頁(yè) 共 63 頁(yè) kp—太陽(yáng)輪浮動(dòng)時(shí)載荷分配的不均衡系數(shù)，使用系數(shù)參照GB3480,kp=.表 齒寬系數(shù)的選擇裝置狀況 兩支承相對(duì)于小齒輪作對(duì)稱布置兩支承相對(duì)于小齒輪作不對(duì)稱布置小齒輪做懸臂布置 ??? （） （） 1）大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)， 應(yīng)取表中偏下值；若皆為軟齒面或僅大???齒輪為軟齒面，其應(yīng)取偏上值根據(jù)上表取 寬 為。 的精確值可通過(guò)實(shí)際測(cè)量，或按 GB3480——1983 的一般方法確????定。該系數(shù)主要與齒輪加工誤差、箱體軸孔偏差、嚙合剛度、大小輪軸的平行軸、跑合情況、齒寬系數(shù)和行星輪數(shù)目等有關(guān)。在無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)于中等或較重載荷工況，對(duì)調(diào)質(zhì)齒輪的 按表?HK ?HK行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（饒振剛編著）表 68 計(jì)算。 .)/(???bdbKH?式中 b——為齒寬；——行星輪分度圓直徑： ??1——齒向分布載荷系數(shù)。齒輪的 可根據(jù)其 、齒寬 b 與齒高比 b/h 從圖?FK??????1013 中查得 ??F、 ——齒間載荷分布系數(shù) :根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 103 齒間載荷?KH分配系數(shù)，如下表 所示。????∝=????∝=12) 如大、小齒輪精度等級(jí)不同時(shí)，按精度等級(jí)較低取值；3） 為按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)用的齒間載荷分配系數(shù)，取值為 1。0 ????2——?jiǎng)虞d荷系數(shù)。??????——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分布系數(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 103 取????????????=——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的分配不均勻系數(shù)；根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)饒振剛編著 ??????式（722） =1??????=1+（ ???????1）——重合度系數(shù)，?Y . 2??????????Y——螺旋角系數(shù)，根據(jù)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（式 676）得? 120????Y——齒形系數(shù)，查行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)圖 622，取 。??=?????3內(nèi)齒輪齒根彎曲應(yīng)力為 ?????bmFKYtVAFSF?????齒根許用彎曲應(yīng)力為 .)(lim ?????FXRrelTlSTNFPSYY??? ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)；查行星齒輪傳動(dòng)表 616，取T 1NTY機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 24 頁(yè) 共 63 頁(yè)——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，采用行星齒輪傳動(dòng)的 時(shí)，取STY limF?=2；——相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)；查行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)表 618 取RrelT120.?rlY——相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)；查行星齒輪傳動(dòng)圖 633，取relT? ?relTY?——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)；查行星齒輪傳動(dòng)表 617 得XY或者圖 632，??XY——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，查表行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)饒振剛編著FS書中，表 611， =齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為 ??FPS?由于其安全系數(shù)大于 1，故此參數(shù)設(shè)計(jì)合理。25?B01?齒輪 z1受到轉(zhuǎn)矩為 ????iT機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 25 頁(yè) 共 63 頁(yè)各齒輪參數(shù)的系數(shù)確定如下：——使用系數(shù) ,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版教材表 102（濮良貴編寫） ,齒輪箱????所處環(huán)境為嚴(yán)重沖擊狀況，故取 ????=——?jiǎng)虞d系數(shù)：考慮齒輪的制造精度，運(yùn)轉(zhuǎn)速度對(duì)輪齒內(nèi)部附加動(dòng)載荷????影響的系數(shù)。其近似值可根據(jù)小齒輪相