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I 摘 要 工業(yè)的快速發(fā)展 有助于繁榮的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電 變速箱是 產(chǎn)生相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 一個重要的機(jī)械傳動元件 其主要功能是風(fēng)輪 在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的通過動力傳遞給發(fā)電機(jī) 使相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電 首先 風(fēng)能 根據(jù)復(fù)雜的變速箱支撐的荷載 荷載進(jìn)行了分析研究 確定變速 箱的機(jī)械結(jié)構(gòu) 并選擇傳輸方案的衍生型兩級行星通過計算 確定傳輸參數(shù)各級齒 輪 其次 行星齒輪傳動的受力分析 各級齒輪強(qiáng)度的效果 和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上 靜 強(qiáng)度校核 結(jié)果是符合安全要求 最后 CAD 繪圖的在一起 在 Pro E 三維模型 的建立 通過這次設(shè)計 建設(shè)大學(xué)的專業(yè)知識 例如 機(jī)械設(shè)計 材料力學(xué) 寬容和 互換性和機(jī)械制圖 掌握產(chǎn)品設(shè)計方法和經(jīng)驗的起重機(jī)使用 AutoCAD 軟件 對今后 的工作生活是非常重要的 關(guān)鍵詞 風(fēng)電 增速齒輪箱 設(shè)計 校核 II Abstract The rapid development of wind power industry has contributed to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry wind turbine gearbox is turbine matching products is in wind turbine is an important mechanical transmission parts its important function is the wind wheel under the action of the wind force generated by the dynamic force transmitted to the generator and the corresponding speed to generate electricity Firstly according to the complexity of wind power gear box bearing load the load were analysis to determine the mechanical structure of the gear box and select two stage planetary derived type transmission scheme by calculating and determining levels of transmission gear parameters secondly the planetary gear transmission of stress analysis obtained at all levels gear stress results and according to the standard of static strength check The results accord with safety requirements finally draw assembly drawing CAD and constructs a three dimensional model of Pro E Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work in life is of great significance Key words Wind power Growth gear box Design Verification III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 1 1 課題背景及意義 1 1 2 風(fēng)力機(jī)齒輪箱國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1 2 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 2 1 3 行星齒輪傳動概述 3 第 2 章 總體方案選定 5 2 1 設(shè)計要求及參數(shù)選擇 5 2 1 1 設(shè)計要求 5 2 1 2 參數(shù)選擇 5 2 2 方案選擇 5 2 2 1 方案論述 5 2 2 2 方案確定 7 第 3 章 齒輪設(shè)計與校核 8 3 1 第一級行星輪系傳動設(shè)計與校核 8 3 1 1 齒輪基本參數(shù)計算 8 3 1 2 行星輪齒裝配條件驗算 8 3 1 3 行星傳動齒輪強(qiáng)度校核 9 3 2 第二級平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計與校核 13 3 2 1 基本參數(shù)計算 13 3 2 2 齒輪強(qiáng)度校核 13 3 3 第三級平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計與校核 16 3 3 1 基本參數(shù)計算 16 3 3 2 齒輪強(qiáng)度校核 17 第 4 章 軸及軸上零件的設(shè)計與校核 20 IV 4 1 行星輪心軸的設(shè)計與校核 20 4 1 1 初步確定軸的最小直徑 20 4 1 2 行星輪心軸強(qiáng)度計算 20 4 1 3 行星輪軸承壽命計算 20 4 2 圓柱齒輪傳動中間齒輪軸設(shè)計 21 4 2 1 初步確定軸的最小直徑 21 4 2 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 4 3 圓柱齒輪傳動輸出軸的設(shè)計 23 4 3 1 初步確定軸的最小直徑 23 4 3 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 4 4 輸入軸連接形式選擇及計算 25 第 5 章 箱體及其他部件的設(shè)計 27 5 1 箱體設(shè)計 27 5 2 齒輪箱的密封 潤滑 冷卻 27 5 2 1 齒輪箱的密封 27 5 2 2 齒輪箱的潤滑 冷卻 28 5 3 齒輪箱的使用安裝 29 第 6 章 基于 PRO E 的三維設(shè)計 30 6 1 PRO E 軟件概述 30 6 2 三維模型設(shè)計 32 6 2 1 齒輪 32 6 2 2 行星架 33 6 2 3 齒輪軸 33 6 2 4 箱體 箱蓋 34 6 3 三維裝配設(shè)計 34 總 結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 1 第 1 章 緒論 1 1 課題背景及意義 經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展 能源和環(huán)境是一個必要條件 實(shí)現(xiàn)國家的現(xiàn)代化 為了解決化 石燃料的消耗不斷影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和我國環(huán)境和一些主要的發(fā)達(dá)國家未來能 源規(guī)劃的具體目標(biāo)是明確的能源發(fā)展中的國家長期 2006 2020 年 規(guī)劃綱要發(fā)展科 學(xué)和技術(shù) 能源梯級利用可再生能源為 UN 的主要科學(xué)問題在能源的可持續(xù)發(fā)展 風(fēng)能是清潔 可再生能源 大量庫存的云 以及開發(fā)利用價值中國水電資源 370 萬千瓦 風(fēng)能 250 萬千瓦 總風(fēng)能和水力發(fā)電 風(fēng)力變速箱中是一個重要的機(jī) 械零件 其主要功能是動態(tài)的風(fēng)輪在風(fēng)力作用下向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)葉輪一般 很小 轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)發(fā)電機(jī) 由生長的影響應(yīng)該在變速箱實(shí)現(xiàn) 齒輪箱齒輪作為傳力構(gòu)件 在操作過程中 支持靜態(tài)和動態(tài)應(yīng)力 其作用部分取決于負(fù)載的風(fēng)輪 發(fā)電機(jī)的特 點(diǎn)和傳動軸 聯(lián)軸器的剛度質(zhì)量和工作條件 外阻尼值的發(fā)電機(jī) 新能源的開發(fā)是必要的國家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 是促進(jìn)重組能源和減少環(huán)境 污染的一種重要手段 促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)成熟 發(fā)電裝置能量最大的發(fā)展 條件和市場發(fā)展前景 1 2 風(fēng)力機(jī)齒輪箱國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 2 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱產(chǎn)品對應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 一個重要的機(jī)械傳動部件 它是重要的風(fēng)輪在風(fēng)力作用下的動力傳遞給發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速相應(yīng)生產(chǎn)風(fēng)力通常安裝在 山上 的性質(zhì) 范圍 處島風(fēng)場等的影響 風(fēng)力作用經(jīng)常承受載荷和偽裝不規(guī)則變 強(qiáng)陣風(fēng) 角色和夏季冷和極端溫差 使可靠性和壽命生活已經(jīng)提出要求 機(jī)械比平 均水平高很多 該外國人兆瓦風(fēng)力發(fā)電齒輪箱是發(fā)展風(fēng)電機(jī)組和發(fā)展 風(fēng)電齒輪箱 弗蘭德制 造公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中使用的三維形狀設(shè)計 有限元分析 如設(shè)計動態(tài)的先進(jìn)技 術(shù) 并通過仿真和測試試驗方案設(shè)計 國外的分析測試和性能測試的操作理論對風(fēng) 電齒輪箱系統(tǒng)的研究設(shè)計的可靠依據(jù)的變速箱風(fēng) 2 ISO81400 4 tl9703 2003 年國際標(biāo)準(zhǔn)和 GB 2005 年風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計 提 出了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求 但齒輪箱設(shè)計成熟的技術(shù) 但統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明 齒輪箱故障總 是失敗的主要原因為 約占總數(shù)的 20 的風(fēng) 由于我國市場起步晚 產(chǎn)業(yè)的大型風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的差距 技術(shù)上較 歐洲和其他國家世界領(lǐng)先的風(fēng)力發(fā)電 目前正在發(fā)展我們偉大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是 引進(jìn)技術(shù)的成熟 他設(shè)計水平是至關(guān)重要的 因為中國不 有幾家公司制造風(fēng)電齒 輪箱 南京精密齒輪有限公司重慶齒輪箱有限公司杭州塊前變速箱 1 2 2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 中國已經(jīng)掌握了主導(dǎo)型變速箱設(shè)計風(fēng)速下兆瓦的電力技術(shù)制造風(fēng)力大小的 600kW 變速箱增加了有限責(zé)任公司的齒輪箱在重慶 南京高精齒輪集團(tuán)有限公司 杭州傳輸之前集團(tuán)有限公司和其他制造商生產(chǎn)的 這在我們變速風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化仍 然是薄弱環(huán)節(jié) 不能滿足市場需求 目前引進(jìn)的技術(shù) 基本上是由風(fēng)和產(chǎn)品生產(chǎn)許可從國外設(shè)計集成技術(shù)不包括風(fēng) 力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電和加速齒輪箱基本尺寸設(shè)計的連接結(jié)構(gòu)的 認(rèn)識和變速箱通過參考引進(jìn)技術(shù)的整合采購規(guī)范進(jìn)口齒輪箱根據(jù)風(fēng)力機(jī)模擬設(shè)計 設(shè)計技術(shù)的發(fā)潤滑 因此沒有引入風(fēng)電齒輪箱更是完全掌握先進(jìn)技術(shù)的設(shè)計和制造 風(fēng)力發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域起步較晚 基礎(chǔ)傳輸?shù)秃腿瞬湃狈?鄭州機(jī)械研究所近 年來風(fēng)室內(nèi)和室外的電動變速箱的先進(jìn)技術(shù)被跟蹤研究結(jié)果幾十年的傳動齒輪和強(qiáng) 度及其他專業(yè)人員的經(jīng)驗 開發(fā)了一套完整的設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電傳動裝置 分析軟件 此外 鄭州機(jī)械研究所也開發(fā)了一種智能 CAE 分析固體操作系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)電 子箱 行星架輸入軸 基于等重要零件的有限元分析和優(yōu)化 1 3 行星齒輪傳動概述 行星齒輪傳動在我國多年歷史的進(jìn)步 長期以來的 自從 60 20 百年 我國將 行星齒輪更深入的研究 并試圖制造系統(tǒng)辦公室 如果這是缺省理論方面實(shí)踐方面 總是試圖制造和應(yīng)用 獲得了更多的結(jié)果 得到的研究成果很多 近 20 年來 特別 是改革開放以來 改善和進(jìn)步的科學(xué)和技術(shù) 中國有很多發(fā)達(dá)國家工業(yè)世界的介紹 了陰影的設(shè)施和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備 參考和克化由我國機(jī)械科學(xué)與技術(shù)的職位正隨著 3 時間在不斷創(chuàng)新 努力進(jìn)取 使我們的技術(shù)進(jìn)步快的行星傳動 1 主體結(jié)構(gòu)的行星齒輪減速機(jī)故障的早期階段 計算各部分的預(yù)定尺寸和裝配尺 寸 實(shí)施的結(jié)果 包括最后的量化參數(shù)的一個行星齒輪 分析 降低聲譽(yù) R amp D 和性能的行星齒輪的成功實(shí)施 降低生產(chǎn)速度尺度的參考電源 根據(jù)預(yù) 定的 以減少傳輸速率可以達(dá)到修改原則 對知識和加強(qiáng) 未來的辦公室能夠解決 類似問題 低速齒輪技術(shù)和我國 特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了零相位映射假冒 逐層 制造技術(shù)把握時代的結(jié)束 在 20 百年 80 到 90 的硬表面的擴(kuò)展開始工藝 我們也為 解決 斷軸 選擇 一系列重要的辦公室 1 漸開線行星齒輪速率的研討 高速行星齒輪傳動作為關(guān)鍵績效指標(biāo)的聲譽(yù)傳遞國家內(nèi)部和外部 有許多學(xué)者 實(shí)施的今天 許多計算方法速度行星傳動國內(nèi)外 研究者們提出了速度計算方法很 多行星齒輪傳動 默認(rèn)和最常見的部分計算三種 咬緊牙關(guān)偏移的方法和動力 轉(zhuǎn) 速比 艾肯斯內(nèi)爾 本法 對牙齒的力量越大 這種方法用于計算率的 2k2h 普通 型和 3K 行星齒輪非常方便 2 漸開線行星齒輪均載剖析的研討目前的狀況 行星齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊 質(zhì)量小 體積小 實(shí)驗?zāi)芰Φ葍?yōu)點(diǎn) 這是因為 在其認(rèn)為適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu) 并利用形式傳輸多個行星輪 充分利用了空間協(xié)調(diào)的齒輪樹 使用多個行星輪將負(fù)載的肩膀 形成一種潮流 正確使用和合理的訓(xùn)練中咬緊牙關(guān) 上面有許多優(yōu)點(diǎn) 行星齒輪具有優(yōu)良的做得更好 這個問題負(fù)載均衡是一個非常重 要的課題 在原有的結(jié)構(gòu) 許多人只是盡量齒輪加工精度的增長 制造和裝配 以 及行星齒輪變時間采取措施 專門處理元件基本上徑向行星齒輪無限制和其他可以 半自動調(diào)整位置 4 第 2 章 總體方案選定 2 1 設(shè)計要求及參數(shù)選擇 2 1 1 設(shè)計要求 獨(dú)立設(shè)計風(fēng)力機(jī)增速齒輪箱 主要包含以下內(nèi)容 1 增速齒輪箱方案選擇與設(shè)計 2 傳動齒輪設(shè)計計算及強(qiáng)度校核 3 傳動軸和箱體設(shè)計計算及校核 4 基于 Pro E 的參數(shù)化造型 2 1 2 參數(shù)選擇 根據(jù)設(shè)計要求本次設(shè)計選定基本參數(shù)如下 增速器齒輪箱的主要設(shè)計要求如表 2 1 所示 表 2 1 原始設(shè)計要求 輸入功率 880kw 額定功率 800kw 額定輸出轉(zhuǎn)速 1400 1600r min 額定輸入轉(zhuǎn)速 20 30r min 增速比 60 75 分度圓壓力角 20 模數(shù) 5 10 2 2 方案選擇 2 2 1 方案論述 型風(fēng)機(jī)齒輪箱多 按照傳統(tǒng)的類型可分為圓柱齒輪箱 齒輪箱行星齒輪箱和他 們相互結(jié)合 根據(jù)傳輸序列可以分為一個或多個步驟的變速箱 按照傳動裝置可分 為擴(kuò)張型和同軸分流器和混合風(fēng)格 常用齒輪箱形式及其特點(diǎn)和應(yīng)用見表 2 1 5 表 2 1 常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的形式和應(yīng)用 對于 0 8 兆瓦級風(fēng)電齒輪箱 傳動比多在 50 100 左右 一般有兩種傳動形式 一級行星 兩級平行軸圓柱齒輪傳動 兩級行星 一級平行軸圓柱齒輪傳動 相對于 平行軸齒輪傳動 具有傳動 傳動效率高 體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 傳遞功率范圍大 功率分流 合理使用內(nèi)齒輪 有限的軸向的傳動裝置 使軸向尺 寸減小和高 穩(wěn)定運(yùn)動和強(qiáng)的抗沖擊和振動具有上述特點(diǎn)和優(yōu)勢 也有不足 行星 齒輪傳動的結(jié)構(gòu)形式 固定軸的齒輪比復(fù)蘇 制造高質(zhì)量的 由于體積小 散熱面 積小 導(dǎo)致溫度上升 潤滑油和冷卻裝置 使嚴(yán)格的形式傳輸 這兩種類型的行星 傳動 傳動軸并聯(lián)混合并結(jié)合兩者的優(yōu)勢 6 2 2 2 方案確定 技術(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 通過方案比較 派生類一級行星傳動 即 水平軸線平行的 兩級定軸傳動 根據(jù)輸入速度和輸出速度選擇后的發(fā)動機(jī)減速 減速機(jī)構(gòu)后 確定 減速機(jī)構(gòu)傳動比的范圍 圖 2 1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱傳動簡圖 變速傳動裝置結(jié)構(gòu)分為三個層次 第一齒輪 第一行星架輸入 由第一級太陽 輪傳送到第二級平行軸斜齒輪傳動輪 第三級斜齒圓柱齒輪的軸線平行直接傳動輪 電機(jī)相連 7 第 3 章 齒輪設(shè)計與校核 3 1 第一級行星輪系傳動設(shè)計與校核 3 1 1 齒輪基本參數(shù)計算 根據(jù)初定條件 3 1 2 行星輪齒裝配條件驗算 1 同心條件 為了保證中心輪與行星架與中心軸 齒輪之間的嚙合距離應(yīng)變角位置的驅(qū)動 3 5 tbctacZZ oss 2 裝配條件 因為每個行星輪應(yīng)均勻地在齒輪之間的中心 為此 每個齒輪齒數(shù)和行星輪個 數(shù)必須滿足的條件 否則 形勢似乎無法行星齒輪組 整個行星傳動的單排 2K H 型 兩中心輪的齒數(shù)和行星輪必須是個整數(shù)倍 8 表 3 1 第一級行星輪系參數(shù) 齒數(shù) 模數(shù) 變位系數(shù) 齒頂圓 齒根圓 分度圓 螺旋角 中心輪 24 10 0 260 215 240 0 行星輪 38 10 0 400 355 380 0 第一級 內(nèi)齒圈 100 10 0 980 1025 1000 0 3 1 3 行星傳動齒輪強(qiáng)度校核 在一個齒輪行星傳動 太陽輪與行星輪間的接觸電阻較大 因此 只有檢查齒 輪嚙合的接觸電阻可以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)船級社的規(guī)范 檢查所有的力量行星齒輪 組的水平 式中 np 行星輪個數(shù) n p 4 9 4 10 25 17 0175 HVAHK 4 11 0 4 FF 齒面接觸應(yīng)力為 10 4 12 04MPa1 20481593 5127 0175 8 5 29 bdFuKZtHVAHE 接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 19 32 1048 HPS 式中 潤滑系數(shù) 4 20 LZ 02 1 5 9 1 5 9 240 LZ 速度系數(shù) 4 21 V 96 08 157 93 157 93 0 vV 粗糙度系數(shù) RZ 4 22 94 02 583 1 0 1 53 0 8 308 duz 11 4 28 19 23065 FPS 12 齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 31 37 1048 FPS 3 2 第二級平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計與校核 3 2 1 基本參數(shù)計算 齒數(shù)分配如下 21ziz 具體參數(shù)如表 3 2 表 3 2 第二級平行軸斜齒輪參數(shù) 分度圓直徑 87 6341 d82 142 d 標(biāo)準(zhǔn)中心距 50a 3 2 2 齒輪強(qiáng)度校核 4 34 mN23 1796635 80221 iT 齒 數(shù) 模 數(shù) 變位系數(shù) 齒頂圓 齒根圓 分度圓 螺旋角 斜齒輪一 69 9 0 652 87 612 86 634 87 12 第二級 斜齒輪二 19 9 0 192 82 152 81 174 82 12 13 各系數(shù)的確定如下 使用系數(shù) 75 1 AK 動載系數(shù)為 4 35 026 135 1678 41903 103 1 22 uvzV 1352MPa 1758 40296315 38 1026 7518 094 0 bdFuKZtHVAHE 式中 鋼制齒輪的彈性系數(shù) 4 EZ 2N m9 EZ 40 節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù) 4 41 H 45 2H 螺旋角系數(shù) 4 42 Z 9 01cos Z 重合度系數(shù) 為 與 的重 8 3675 4 19 Z26 14 合度 4 43 675 1 圓周力 4 44 tF N107298 17439620 dTt 齒面許用接觸應(yīng)力為 4 45 MPa142509 05 92 lim HWRXVLHPSZ 接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 46 05 1324 HPS 式中 潤滑系數(shù) 4 47 LZ 2 01 9 1 5 09 24 LZ 速度系數(shù) 4 48 V 98 73 415 93 0157 93 0 vV 粗糙度系數(shù) RZ 945 08 17 635 105 1 53 0 308 duz 工作硬化系數(shù) WZWZ 接觸強(qiáng)度計算時的尺寸系數(shù) X 05 1 5 nXmZ 15 式186MPa 1758 40296315 38 1026 7518 095 20 bdFuKZtHVAHE 中 節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù) HZ HZ 接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 50 20 1864HPS 4 54 60 1425 FPS 3 3 第三級平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計與校核 3 3 1 基本參數(shù)計算 16 齒數(shù)分配如下 231ziz 具體參數(shù)如表 3 3 表 3 3 第三級平行軸斜齒輪參數(shù) 齒 數(shù) 模 數(shù) 變位系數(shù) 齒頂圓 齒根圓 分度圓 螺旋角 斜齒輪一 66 6 0 412 6 385 6 400 6 8 7 第三級 斜齒輪二 20 6 0 133 4 106 4 121 4 8 7 分度圓直徑 401 d4 12 d 標(biāo)準(zhǔn)中心距 2a 3 3 2 齒輪強(qiáng)度校核 4 58 067 1954 2167 023 0103 121 uvzKV 17 4 63 129MPa 1352480995 21378 06 1758 05 bdFuKZtHVAHE 18 4 68 26 194 HPS 齒根彎曲應(yīng)力為 4 69 MPa20891357 024 067 158 417 0 bm FKYtVAFSF 4 82 15 32086 FPS 從設(shè)計驗證上述方案的基本訓(xùn)練的強(qiáng)度滿足要求 方案選擇的寬度和高質(zhì)量的 制造高精度的保障機(jī)制 運(yùn)動平穩(wěn) 避免出現(xiàn)點(diǎn)蝕和膠合失效的情況 選擇為滿足 傳輸發(fā)送請求 第二級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計驗證和修改后的接觸強(qiáng)度提高 結(jié)構(gòu)更 加安全可靠 19 第 4 章 軸及軸上零件的設(shè)計與校核 4 1 行星輪心軸的設(shè)計與校核 4 1 1 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 42CrMo 調(diào)制處理 260 290HBS b 900 1100MPa 0 2 650MPa 于是得 5 1 m26 17 901330min pAdm9328013 BDd 故行星輪心軸最小直徑為 130mm 4 1 2 行星輪心軸強(qiáng)度計算 荷載作用在心軸根據(jù)負(fù)載均勻分布 最大彎矩的 5 2 mN560948 271598 2 2max lFqlMt 行星輪心軸的彎曲應(yīng)力為 5 3 MPa160Pa5 2a130 5694 03ax d 4 1 3 行星輪軸承壽命計算 采用軸承為 22326 C W33 m93283 BDd kg5 28N 94 WCr 行星架轉(zhuǎn)速為 20 4 2 圓柱齒輪傳動中間齒輪軸設(shè)計 4 2 1 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 42CrMo 調(diào)制處理 260 290HBS b 900 1100MPa 0 2 650MPa 于是得 5 7 m39 1087 4610330min pAd 軸的最小直徑是明顯的中間直徑軸承安裝在軸和軸承 以適應(yīng) 從而可以同時 選擇媒體類型 軸承的軸向力 不僅通過 但由徑向力 使圓錐滾子軸承 可同時承受徑向載 荷和軸向外圈可分離負(fù)荷安裝時 軸承間隙的調(diào)整可以通常成對使用 根據(jù)最小軸徑 108 39mm 查機(jī)械手冊選用初步選取標(biāo)準(zhǔn)圓錐滾子軸承型號為 30322 其尺寸為 m4250 4m201 CBTDd 故最小軸徑為 110mm 4 2 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 擬定軸上零件的裝配方案 本設(shè)計的裝配方案在前面已經(jīng)分析 現(xiàn)選用如圖 4 1 所示的裝配方案 21 圖 4 1 中間軸的結(jié)構(gòu)與裝配 2 軸上零件的周向定位 22 3 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考手冊 取軸端倒角為 各軸肩處得圓角半徑為 R 2mm 452 4 3 圓柱齒輪傳動輸出軸的設(shè)計 4 3 1 初步確定軸的最小直徑 4 3 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 m06 283 asBlI 24 m042 3140632 479 VIIIIVI lllLl 4 4 輸入軸連接形式選擇及計算 1 考慮到問題的安裝和拆卸輸入軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的影響 使輸入軸使用膨 脹連接 2 主要利用膨脹連接連接功能 而不是一個鍵和花鍵 實(shí)現(xiàn)連接件和軸載荷 其功能在使用腫脹和鎖定兩大膨脹套管的高強(qiáng)度螺栓在使用過程中 使內(nèi)環(huán)與外環(huán) 之間的軸和輪轂 產(chǎn)生一個巨大的壓邊力 使內(nèi)圈與軸之間產(chǎn)生夾盤 通常被稱為 鎖或鎖緊環(huán)的類型 例如 當(dāng)負(fù)載 通過武力擴(kuò)張結(jié)合套和傳動部件和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的 摩擦力隨復(fù)合負(fù)荷 軸向力或兩者 3 擴(kuò)展的連接是一種新型的傳輸連接方式干涉配合連接相比 有許多獨(dú)特的優(yōu) 點(diǎn) 4 使用膨脹套管 使主機(jī)零件制造和安裝簡單 不處理安裝脹套和軸孔配合的 制造公差要求高可膨脹套管安裝無需加熱 冷卻或壓力設(shè)備 僅僅通過螺栓擰緊力 矩可容易調(diào)整 可以容易地調(diào)整中心軸上的位置脹套也可以用來連接焊件的差異 5 壽命擴(kuò)展插座 高膨脹套筒摩擦連接件上的鍵槽是沒有減弱 工作無相對運(yùn) 動 不產(chǎn)生磨損 6 膨脹套管連接過載 失去的連接功能 可保護(hù)設(shè)備不受破壞 7 膨脹套管能承受負(fù)載的多個連接 其結(jié)構(gòu)可以制成各種風(fēng)格 根據(jù)結(jié)構(gòu)的載 荷的大小 也可以多個膨脹套管系列 8 可膨脹套管拆裝方便 具有良好的對膨脹套管可以把更多的清除輪轂軸組合 25 螺釘 拆卸時寧松 使被連接件容易 d mont l 擴(kuò)大接觸面緊密接觸 耐腐蝕 易拆 卸 輸入軸最小直徑計算 選取軸的材料為 42CrMo 調(diào)制處理 260 290HBS b 900 1100MPa 0 2 650MPa 于是得 5 10 m018 25810330min pAd 輸入軸轉(zhuǎn)矩為 5 11 N356295 nT 根據(jù)輸入軸最小直徑和輸入轉(zhuǎn)矩查機(jī)械手冊選擇 48501 Z 型脹套 其基本尺寸為19JB 734 m230m48530 HLdDW 26 第 5 章 箱體及其他部件的設(shè)計 5 1 箱體設(shè)計 盒體是一個重要的傳動齒輪箱 它抵抗力和齒輪傳動的風(fēng)輪時產(chǎn)生的力的作用 箱應(yīng)有足夠的剛性以抵抗扭力 防止變形 保險箱必須可根據(jù)配置傳輸風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備 制造 裝配 測試和維護(hù)等要求 他指出 在不同的方向支承與軸承座機(jī)相對 值的反應(yīng)力和選擇與支撐壁的結(jié)構(gòu)適當(dāng)厚度 增加必要的加強(qiáng)筋 加強(qiáng)筋和對應(yīng)的 位置方向箱應(yīng)力引起的傳動齒輪箱的材料選擇 使用鑄鐵可以發(fā)揮減震器方便等特 點(diǎn) 適用于切割電流生產(chǎn)鑄鐵高強(qiáng)度鑄鐵及其他高箱的設(shè)計應(yīng)避免成型壁厚突變 減小壁厚差 A 目的不產(chǎn)生收縮和其他的小批量生產(chǎn)的大型風(fēng)力渦輪機(jī) 通過焊接 或釬焊體與鑄造相結(jié)合 為了減少機(jī)械變形過程中和處理 使用時 為防止出現(xiàn)裂 紋 無論是鑄造或焊接箱體必須進(jìn)行退火 時效處理 以消除內(nèi)應(yīng)力 為了便于組 裝和齒輪嚙合的定期檢查 在箱體上應(yīng)具有的基本窗口設(shè)有掛鉤安裝方整個變速箱 5 2 齒輪箱的密封 潤滑 冷卻 5 2 1 齒輪箱的密封 齒輪箱軸和部位的密封 防止?jié)櫥偷男孤?也可以防止污染物進(jìn)入人體一般 分為非接觸式密封和接觸式密封兩種 1 非接觸式密封 非接觸式密封不產(chǎn)生磨損 壽命長空間與軸之間的密封端 蓋 是一個簡單的大小的徑向間隙的軸葉大小和端蓋孔相對于軸軸承孔的不同端蓋 孔或軸頸上溝槽的加工 一般是 2 到 4 形成迷宮槽的底部設(shè)有回油槽 使溶液石 油泄漏在溝槽的方向改變回到箱體運(yùn)輸 也可以設(shè)置在內(nèi)側(cè)環(huán)阻塞液 飛濺 提高 密封效果 2 接觸的接觸使用密封可靠 經(jīng)久耐用 摩擦阻力小 制造容易 拆卸 應(yīng) 盡可能的壓力增加密封能力和自動補(bǔ)償密封唇常見的幾種方式 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸密封面 處的 R 0 2 0 63 粗糙 表面接觸的軸密封圈不允許品牌介紹螺旋軸端倒角小于 30 27 應(yīng)不應(yīng)該一個切削刃 機(jī)加工殘留毛刺和粗糙度 本次設(shè)計采用了以上的第二種密封方式 5 2 2 齒輪箱的潤滑 冷卻 齒輪箱潤滑是很重要的 良好的潤滑 齒輪和軸承的保護(hù)這方面 必須重視齒 輪潤滑問題 根據(jù)描述系統(tǒng)保持長期潤滑在最好的速度或強(qiáng)制潤滑和飛濺潤滑一般 來說 強(qiáng)制潤滑多見 因此 有一個可靠的潤滑系統(tǒng)尤為重要 在統(tǒng)一的潤滑系統(tǒng) 與齒輪泵從油箱的液體通過濾油系統(tǒng)潤滑變速箱 變速箱齒輪和傳動部件的潤滑油 具有監(jiān)測裝置的管道 確保變速箱在操作過程中不會出現(xiàn)漏清洗油液非常重要的保 持 即使是第一次使用新油必須經(jīng)過過濾 除主濾油系統(tǒng)中 優(yōu)選輔助濾油器旁路 裝有濾油 使油液要求潤滑油是起保護(hù)作用的齒輪和軸承 此外 具有以下特性 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 3 防止疲勞點(diǎn)蝕 4 冷卻 防銹 抗腐性 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱齒輪閉式氣動 這是最主要的失效形式粘貼和點(diǎn)蝕 所以在選 擇潤滑油時 重點(diǎn)是保證足夠的強(qiáng)度極限的膜厚度和膜風(fēng)冷式的用于潤滑油系統(tǒng)的 溫度傳感器控制系統(tǒng)中 在適當(dāng)?shù)那闆r下通過電控旁路閥自動打開冷卻液回路的散 熱器 使油流經(jīng)散熱 然后進(jìn)入變速箱 齒輪和軸承的實(shí)際旋轉(zhuǎn)時不直接接觸潤滑油 這中間是由油膜形成和無滑滾動 接觸 這是油如果他們沒有滑動和滾動接觸 但由于加工精度 使其相對旋轉(zhuǎn)的滾 動摩擦和滑動摩擦 產(chǎn)生熱量 如果這個熱旋轉(zhuǎn)過程中不被淘汰 就可以積累 最 終燃燒高溫齒輪和軸承 因此箱齒輪和軸承在旋轉(zhuǎn)過程中需要你與潤滑油的冷卻 因此 一方面 潤滑油的潤滑作用 另一方面 冷卻效果 對齒輪箱 齒輪箱和軸承的所有 我們都必須使用強(qiáng)制潤滑 原因 1 強(qiáng)制潤滑可以監(jiān)視監(jiān)測 但不飛濺潤滑 從安全的角度 采用強(qiáng)制潤滑 2 現(xiàn)在風(fēng)力機(jī)齒輪箱功率越來越大 功耗也越來越多 因此滿足了無飛濺潤 28 滑冷卻效果是需要強(qiáng)制潤滑 5 3 齒輪箱的使用安裝 變速箱傳動軸連接的葉輪和必須是可靠的 如果輸出軸直接連接到電機(jī) 應(yīng)采 用聯(lián)軸器 彈性聯(lián)軸器 最好 安全裝置串聯(lián)連接的保護(hù)作用 對軸軸和變速箱連 接件保證變速箱是同心的 誤差不超過允許值的選擇耦合 變速箱不允許承受的扭 力齒輪安裝后手動移動應(yīng)靈活 無滯后現(xiàn)象卡 打開一個窗口 觀察在蓋部件的檢 查應(yīng)無檢查點(diǎn)的顏色 齒面接觸應(yīng)滿足的技術(shù) 29 第 6 章 基于 Pro E 的三維設(shè)計 6 1 Pro E 軟件概述 Pro Engineer 軟件操作技術(shù)參數(shù)是公司美國 PTC 是一個集成的 CAD CAE 軟件 pro 工程師 CAM 軟件的參數(shù)化是已知的 首次應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)目前在三維建 模軟件 Pro 起著重要的作用 工程師作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD CAE CAM 在新的標(biāo) 準(zhǔn) 并得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣 CAD CAE CAM 軟件集成的今天 特別是在產(chǎn)品 設(shè)計領(lǐng)域占有重要地位的國家 Pro Engineer 和野火的正式名稱是使用軟件正溫度系數(shù) 但在使用用戶名中國 并存的多個語句 例如 ProE Pro E 破衣服 森林火災(zāi)等 這是 Pro Engineer 軟 件 proe2001 proe2 0 proe3 0 proe4 0 proe5 0 creo1 0 creo2 0 等指的軟件版 本 Pro E 的第一個提出了設(shè)計參數(shù) 并使用一個數(shù)據(jù)庫 以解決相關(guān)問題 caract ristiques en 還采用模塊化方式 用戶可以選擇 無需安裝所有模塊 Pro E 基于特征的設(shè)計 使整個生產(chǎn)過程的集成 并行工程設(shè)計 它不僅可用于工作站 也可以應(yīng)用在一個單一的計算機(jī) Pro E 模塊 可分別素描 零件制造 裝配設(shè)計 鈑金設(shè)計加工 處理 確保用戶可以根據(jù)自己的需要選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計 與產(chǎn)品有關(guān)的 可以視為一個幾何模型和幾何模型 無論多么復(fù)雜 可以分解 成有限數(shù)量的組成特點(diǎn) 每種類型的組成特點(diǎn) 可以限制的約束參數(shù) 基本概念 這是不 param tre mais 在部分緩存模塊功能實(shí)體 2 基于特征建模 Pro E 是一個系統(tǒng)的實(shí)體模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 利用智能工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上生成 函數(shù)的空腔模型 例如 殼 倒角和圓角 可選的素描 我們可以很容易地改變 mod le cette 特性使工程設(shè)計人員在設(shè)計中 沒有簡單 靈活 3 數(shù)據(jù)庫 30 Pro Engineer 是建立數(shù)據(jù)庫中的基本單元 與 CAD CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù) 據(jù)庫 一個數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)是在項目都來自一個圖書館 使每個獨(dú)立的用戶在一個產(chǎn) 品建模的工作 即使他是一個部門 換句話說 在整個設(shè)計過程的任何一處前后的 變化 結(jié)合反應(yīng)也可能與設(shè)計的全過程 例如 一旦項目的細(xì)節(jié)已經(jīng)改變 數(shù)控 CNC 的軌跡工具自動更新計劃的任何變更 裝配等 都是對三維模型 結(jié)合設(shè) 計的完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的工程 以及產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)勢 使設(shè)計更優(yōu)化 更高質(zhì)量 的產(chǎn)品 產(chǎn)品在市場上最好的 價格是最低的 Pro Engineer 是包 沒有模塊 這是一個重要的部分 該系統(tǒng) 其功能包括定 義函數(shù)的參數(shù) 染色和零件的裝配形式框架 實(shí)體建模 實(shí)體或線 產(chǎn)生一個完整 的工程圖和不同意見顯示 三維建模可以移動和旋轉(zhuǎn) 放大或縮小 pro E 是一個 系統(tǒng)的功能定義 即建模是通過特殊設(shè)計的不同功能的實(shí)現(xiàn) 包括 酒吧 排骨 槽 槽 倒角 chamfers 和殼牌 shell 等 使用這種方式來創(chuàng)造身體 工程師更 自然 更直觀 無需使用復(fù)雜的幾何設(shè)計參數(shù) 本系統(tǒng)的功能是利用類型符號賦予 的物理尺寸 不像其他系統(tǒng)指定數(shù)字直接固定在本體 使工程師可以建立一個維數(shù) 之間的關(guān)系和功能 任意形狀的變化和其他相關(guān)的特征參數(shù) 自動功能可以更方便 地修改和優(yōu)化設(shè)計更加完善 形狀可以顯示在屏幕上 還可以跨在彩色打印機(jī)繪圖 機(jī)上或支持 PostScript 格式 親 工程師也可以輸出的二維和三維圖形的其他應(yīng)用程 序 如有限元分析和后處理等 這是通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式實(shí)施用戶可以安裝更 多的軟件 Pro Engineer 或其他模塊 采用 C 語言編程 以增強(qiáng)軟件的功能 在單 用戶環(huán)境下 沒有附加模塊 有能力設(shè)計的大部分能力分析裝配 符合人體工程學(xué) 的運(yùn)動分析 和工程制圖能力 包括 ANSI 和 ISO DIN JIS 標(biāo)準(zhǔn) 并且支持標(biāo)簽 符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HP HPGL 輸出的二維及彩色和單色打印機(jī)和三維圖形功能 Pro Engineer 如下 1 驅(qū)動特性 例如 凸槽腔殼 倒角等 2 參數(shù) 參數(shù) 大小 格局的特點(diǎn) 載荷 邊界條件等 3 零件的特征值之間的邊界條件和載荷特點(diǎn) 參數(shù) 如表面積等 的設(shè)計 4 支持大型 復(fù)雜的組合設(shè)計 系列部件排列交替排列 Pro 程序可用于各 種零件設(shè)計過程等 31 5 通過完全相關(guān)的所有應(yīng)用程序 沒有改變的地方是每個地方的變化引起的 問題 其他輔助模塊將提高基本功能擴(kuò)展的 Pro Engineer 6 2 三維模型設(shè)計 6 2 1 齒輪 齒圈如下圖示 圖 6 1 齒圈 齒輪如下圖示 32 圖 6 2 齒輪 6 2 2 行星架 行星架如下圖示 圖 6 3 行星架 6 2 3 齒輪軸 齒輪軸如下圖示 33 圖 6 4 齒輪軸 6 2 4 箱體 箱蓋 箱體 箱蓋如下圖示 圖 6 5 箱體 箱蓋 6 3 三維裝配設(shè)計 行星傳動機(jī)構(gòu)及總體裝配如下圖示 圖 6 6 行星傳動機(jī)構(gòu)及總體裝配 34 總 結(jié) 本文的主要研究成果主要包括以下兩個方面 1 設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 以提高速度的大小 工作原理是風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪產(chǎn)生的推進(jìn)功率和轉(zhuǎn)速匹配 然后通過增速器傳遞給發(fā) 電機(jī)發(fā)電 相結(jié)合的方法 采用計算機(jī)輔助設(shè)計 增速箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計 的齒輪傳動裝置 2 危險部件的應(yīng)力分析 針對齒輪加速器 齒輪軸等有害成分進(jìn)行了分析和計算的力量 強(qiáng)度校核 從 而驗證了設(shè)計方案的可靠性 通過這一理論知識與實(shí)踐鍛煉相結(jié)合的設(shè)計 綜合應(yīng)用我的專業(yè)知識 解決實(shí) 際問題的能力 也提高了我的設(shè)計手冊 文件和設(shè)計規(guī)范的能力水平和其他專業(yè)知 識 但也整個控制室 妥協(xié) 和細(xì)節(jié)的決定 我的運(yùn)動能力 經(jīng)驗豐富了 和壓力 的能力和意愿的質(zhì)量 也提高耐力水平不同 35 參考文獻(xiàn) 1 王素霞 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 大眾用電 2007 2 研刀 楊建明等 行星齒輪傳動動力學(xué)特性研究進(jìn)展 航空動力學(xué)報 2003 3 徐灝 機(jī)械設(shè)計手冊 第一卷 北京 高等教育出版社 1989 4 張展 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動裝置 J 傳動技術(shù) 2003 5 跚明 中國船級社 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范 北京 人民交通出版社 2008 6 諾邁士 風(fēng)電傳動系統(tǒng)的設(shè)計與分析 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2013 7 劉忠明 風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展與展望 J 機(jī)械傳動 2006 8 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊第三卷 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1993 9 郝桐生 理論力學(xué) 北京 高等教育出版社 2005 10 劉鴻文 材料力學(xué) 北京 高等教育出版社 2005 11 李樹吉 風(fēng)電齒輪箱的優(yōu)化設(shè)計 新能源出版社 2000 12 秦大同 兆瓦級風(fēng)力機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)分析與優(yōu)化 重慶大學(xué)學(xué)報 2009 13 Kousaku OHNO Naoyuki TNAK A Contact Stress Analysis for Helical Gear with3 Dimensional Finite Element Method 200l 14 Yi Cheng Chen Chung Biau Tsay Stress Analysis of a Helical Gear Set with Localized Bearing Contact Finite Elements in Analysis and Design 2002 36 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束 在未來的幾年 我遇到了很多朋友熱心幫助教授工作設(shè)計 成功的完成不是他們的熱情幫助和顧問的指導(dǎo) 教師和學(xué)生在這里都給予指導(dǎo)和幫 助我畢業(yè)這表示最誠摯的謝意 首先 設(shè)計指導(dǎo) 感謝你緊張的工作 試圖引導(dǎo)時間 我們總是關(guān)心我們的進(jìn) 展?fàn)顩r 要求我們掌握幫助教師管理在整個設(shè)計過程中 從實(shí)際操作數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段 它提供了指導(dǎo) 我不僅學(xué)到了書本上的知識 更學(xué)會操作方法 并了解如何把握設(shè) 計的一個關(guān)鍵 如何準(zhǔn)備一個合理的時間和紙張 在設(shè)計過程中畢業(yè)設(shè)計她與我們 一起解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題 其次 給予幫助教師設(shè)計的畢業(yè)生 與我的同學(xué)以誠摯的感謝 在設(shè)計的過程 中 他們給了我很多的幫助和無私的關(guān)懷 更重要的是提供多方面的技術(shù) 我們感 謝他們 他沒有這些數(shù)據(jù)不完整的文件 此外 也給所有的學(xué)生我的幫助表示感謝 總之 本設(shè)計的結(jié)果是教師和學(xué)生 在一個月內(nèi) 我們合作的非常愉快 教會 我很多偉大的真理 是一種資產(chǎn) 我的生活 我在新教師和學(xué)生對我的幫助表示感 謝