1.5MW風(fēng)機(jī)齒輪箱設(shè)計(jì)ppt

1、1.5MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì) 學(xué)生：羅建(2009105133) 指導(dǎo)教師：趙春華 教學(xué)單位：三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院 目錄 一、課題來源 二、選題意義 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 四、主要研究內(nèi)容 一、課題來源 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個重要的機(jī)械 部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所 產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其達(dá)到可以發(fā) 電的轉(zhuǎn)速。本課題依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng) 目（項(xiàng)目編號：51075234），圍繞其進(jìn)行相 關(guān)方面的研究。 二、選題意義 1.有助于開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的兆瓦級增速齒輪箱，加 速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2.增速齒輪的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)

2、組的命運(yùn)。 3.建立準(zhǔn)確的分析模型，準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分 布對修形規(guī)律的研究具有重要意義。 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 1.國外研究現(xiàn)狀 國外兆瓦級風(fēng)電齒輪箱是隨風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)而 發(fā)展起來的，Renk、Flender等風(fēng)電齒輪箱制造 公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中采用三維造型設(shè)計(jì)、有 限元分析、動態(tài)設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，并通過模擬 和試驗(yàn)測試對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。此外，國外 通過理論分析及試驗(yàn)測試對風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行 性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì) 提供了可靠的依據(jù)。 三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 1891年，丹麥人首先發(fā)明風(fēng)電機(jī)組，到如今已經(jīng)有 一百二十三年的歷史，而作為風(fēng)電機(jī)組的重要組成部 分，風(fēng)電齒輪箱

3、的發(fā)展尤為迅速。時至今日，國外主 流風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到兆瓦級，其中丹麥已達(dá)到3MW， 美國為1.5MW，而最高為5MW機(jī)組已于2006初在德 國投入試運(yùn)行。 經(jīng)典文獻(xiàn) W Musial, S Butterfield, B Mcniff. Improving wind turbine gearbox reliability：對風(fēng)機(jī)齒輪箱運(yùn)行過程中的失 效情況進(jìn)行了深入研究，提出了多種提高風(fēng)機(jī)齒輪箱可靠 性的可行性方法。 ADAM Ragheb, MAGDI Ragheb. WIND TURBINE GEARBOX TECHNOLOGIES：提出并總結(jié)了現(xiàn)有的比較 成熟的風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電效率

4、的提升具有重要 意義。 2.國內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀 由于我國在商業(yè)化大型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)上起步較晚，技術(shù) 上較歐美等風(fēng)能技術(shù)發(fā)達(dá)的國家存在巨大差距。截至 2010年，我國風(fēng)電機(jī)組1MW以下的機(jī)組占總裝機(jī)容 量的70%，1MW2MW之間的風(fēng)電機(jī)型卻只占36%， 2MW以上機(jī)型更少，僅占10%。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃， 我國未來的風(fēng)電新增裝機(jī)將以1.5MW、2MW機(jī)型為 主，1MW以下機(jī)型所占比重將逐漸降低。 經(jīng)典文獻(xiàn) 張立勇，王長路，劉法根。風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)電齒輪箱概 述：介紹了風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)現(xiàn)狀，指出了風(fēng)電齒輪箱 設(shè)計(jì)制造方面存在的主要問題。 劉賢煥，葉仲和。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用齒輪箱優(yōu)化設(shè) 計(jì)及方案分析：介紹

5、了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用齒輪箱的工 作特點(diǎn)及目前常用的傳動方案，提出了封閉式行星齒輪系 的傳動方案，并以齒輪總體積最小為目標(biāo)，完成了這種方 案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 湯克平 風(fēng)電增速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)敘談：對風(fēng)電增速箱 結(jié)構(gòu)作了較為詳盡的闡述，對風(fēng)電增速箱選用及設(shè)計(jì)具有 實(shí)用參考價(jià)值。 四、主要研究內(nèi)容 1.齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.齒輪箱其他零部件的選用 3.繪制齒輪箱裝配圖 設(shè)計(jì)思路 首先，依據(jù)風(fēng)機(jī)輸出功率，在常見的1.5MW風(fēng)機(jī)齒 輪箱結(jié)構(gòu)中選擇一種結(jié)構(gòu)，本文選取的齒輪箱結(jié)構(gòu) 為一級行星輪+兩級平行軸傳動，然后依次計(jì)算行 星輪傳動參數(shù)以及兩級平行軸參數(shù)。 其次，依據(jù)該結(jié)構(gòu)中各傳動系統(tǒng)之間的關(guān)系分配 傳動比，選取齒輪

6、及軸的材料進(jìn)行計(jì)算，得出傳動 參數(shù)如模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角等。 最后，通過對運(yùn)動副的受力分析，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。運(yùn)用AUTO.CAD繪制出零件圖和裝 配圖。 1 1.齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.11.1增速齒輪箱方案選擇 1.21.2行星輪傳動設(shè)計(jì) 1.31.3行星輪傳動強(qiáng)度的校核計(jì)算 1.41.4兩級平行軸傳動設(shè)計(jì) 1.51.5兩級平行軸傳動強(qiáng)度的校核計(jì)算 1.1.6 6軸徑設(shè)計(jì) 1.11.1增速齒輪箱方案設(shè)計(jì) 對于兆瓦級風(fēng)電齒輪箱，傳動比多在50-80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。 相對于平行軸圓柱齒輪傳動，行星傳動的以下

7、優(yōu)點(diǎn)： 傳動效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方 便，傳遞功率范圍大，使功率分流；合理使用了內(nèi) 嚙合；共軸線式的傳動裝置，使軸向尺寸大大縮小 而；運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力較強(qiáng)。在具有上 述特點(diǎn)和優(yōu)越性的同時，行星齒輪傳動也存在一些 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動復(fù)雜；對制造質(zhì)量 要求高：由于體積小、散熱面積小導(dǎo)致油溫升高， 故要求嚴(yán)格的潤滑與冷卻裝置。這兩種行星傳動與 平行軸傳動相混合的傳動形式，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。 依據(jù)提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過方案比較，通常1.5MW齒輪 箱采用一級行星+兩級平行軸的傳動方案。為補(bǔ)償不可避 免的制造誤差，行星傳動一般采用均載機(jī)構(gòu)，均衡各行星 輪傳遞的載荷，提高

8、齒輪的承載能力、嚙合平穩(wěn)性和可靠 性，同時可降低對齒輪的精度要求，從而降低制造成本。 對于具有三個行星輪的傳動，常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu) 件浮動。由于太陽輪重量輕，慣性小，作為均載浮動件時 浮動靈敏，結(jié)構(gòu)簡單，被廣泛應(yīng)用于中低速工況下的浮動 均載，尤其是具有三個行星輪時，效果最為顯著。設(shè)計(jì)齒 輪箱的輸入轉(zhuǎn)速為29r/min,輸出轉(zhuǎn)速為1800r/min，轉(zhuǎn)動 比轉(zhuǎn)動比 1800/29=62，由于減速比較大，按照此轉(zhuǎn)動比， 齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式可設(shè)計(jì)為：一級行星傳動+兩級平行軸 傳動。 圖2.1 齒輪箱傳動簡圖 行星齒輪傳動由于有多對齒輪同時參與嚙合承受載荷，要實(shí)現(xiàn)這一目 標(biāo)行星輪系各齒輪齒數(shù)必須要滿

9、足一定的幾何條件。 1.21.2行星輪傳動設(shè)計(jì) (2)按接觸強(qiáng)度初算a-c傳動的中心距與模數(shù)m 1.4兩級平行軸傳動設(shè)計(jì) 利用已知轉(zhuǎn)速傳動比以及功率求出各級傳動轉(zhuǎn)矩，選取齒輪材料進(jìn) 行設(shè)計(jì)，分別從齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，求出齒 輪合理直徑，然后再進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度及齒根彎曲強(qiáng)度校核，確定齒輪 參數(shù)。 1.4.1參數(shù)計(jì)算 1.4.2第一級齒輪傳動參數(shù)計(jì)算 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度法面模數(shù) 小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算法面模數(shù) ,取 m=14滿足接觸疲勞強(qiáng)度，但為了同時滿足 彎曲疲勞強(qiáng)度，需按彎曲疲勞強(qiáng)度算來計(jì)算分度圓直徑。 1.5.1第一級齒輪傳動齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1.5.2第一級

10、齒輪傳動接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1.6軸徑設(shè)計(jì) 首先初算軸的直徑，然后根據(jù)軸的受力計(jì)算軸的彎矩扭矩，最終計(jì)算安全系 數(shù)達(dá)到校核的目的 1.6.1兩級平行軸中間軸設(shè)計(jì) 選取軸的材料為 ，滲碳淬火 由參考文獻(xiàn)1P5-19公式10.2可得： mm n P Ad149 1 .591 27.1641 10633 中間齒輪軸示意圖 (1)齒輪1（高速級從動輪）的受力計(jì)算： 由參考文獻(xiàn)1P140公式8.16可知 中間齒輪軸受力及彎矩分析圖 (2)齒輪4的受力計(jì)算： 由參考文獻(xiàn)1P140公式8.16可知 (3)齒輪的軸向力平移至軸上所產(chǎn)生的彎矩為： mmN d FM aH 64 1 11 1048. 2 2 303

11、 1064. 1 2 mmN d FM aH 63 4 44 1048. 2 2 56.659 1052. 7 2 (4)軸向外部軸向力合力為： NFFF aaA 334 41 1088. 81052. 71064. 1 (5)計(jì)算軸承支反力： (6)計(jì)算危險(xiǎn)截面彎矩 (7)計(jì)算應(yīng)力 (8)計(jì)算安全系數(shù) 2.齒輪箱其他零部件的選用 2.1 軸承的選用 軸承式傳動鏈設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問題。如主軸的前軸承需要承 受風(fēng)輪產(chǎn)生的彎矩和推力 ，通常采用深溝球軸承作為徑向與軸向支 撐。 2.2 轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及支承結(jié)構(gòu) 行星架是行星齒輪傳動中的一個重要構(gòu)件，在行星輪系中起著承 上啟下的作用，直接影響齒輪箱的壽命和齒輪箱的噪聲，一個結(jié)構(gòu)合 理的行星架應(yīng)當(dāng)是外廓尺寸小，質(zhì)量小，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，動 平衡性好，能保證行星輪間的載荷分布均勻