風(fēng)電齒輪箱傳動系統(tǒng)的分析

風(fēng)電齒輪箱傳動系統(tǒng)的分析摘要：伴隨著國際能源市場石油、天然氣等石油能源的不斷消耗，能源行業(yè)逐漸呈現(xiàn)危機(jī)；人們不斷在尋找新的能源，代替石油、天然氣等石油資源，同時對生存的環(huán)境不會造成傷害，風(fēng)電行業(yè)被重新重視起來。隨著風(fēng)電行業(yè)投入技術(shù)和人力成本不斷增加，風(fēng)電行業(yè)持續(xù)不斷的發(fā)展，技術(shù)日臻成熟。在裝機(jī)規(guī)模和單機(jī)容量上不斷增大，隨著風(fēng)電場單機(jī)容量和規(guī)模的不斷增大，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電整機(jī)最脆弱的部件之一，在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行過程中占有舉足輕重的地位。但由于國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱技術(shù)設(shè)計較緩慢，設(shè)計結(jié)構(gòu)和材料工藝相對薄弱，尤其是23MW級風(fēng)機(jī)齒輪箱，主要依靠引進(jìn)國外的設(shè)計技術(shù)。因此，國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱行業(yè)的持續(xù)發(fā)展成為風(fēng)電行業(yè)的必然。首先，根據(jù)GL指定的載荷參數(shù)表、風(fēng)資源提供的原始數(shù)據(jù)，確定風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的載荷參數(shù)，從而確定齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計選取行星傳動或平行軸傳動的結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)每級齒輪的最大載荷系數(shù)，計算確定各級傳動的齒輪參數(shù)，對行星齒輪的傳動進(jìn)行受力分析，得出各級齒輪的受力結(jié)果，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，然后根據(jù)計算結(jié)果，確定各級的傳動比及齒輪參數(shù)，并對疲勞點(diǎn)蝕、輪齒折斷等安全性條件進(jìn)行核準(zhǔn)。然后，對齒輪的傳動系統(tǒng)進(jìn)行齒面接觸應(yīng)力的計算，先利用常規(guī)算法進(jìn)行理論分析計算。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)機(jī)齒輪箱；結(jié)構(gòu)設(shè)計1.引言1.1課題來源隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的持續(xù)增長，世界能源消費(fèi)量的不斷增加。能源危機(jī)正日益困擾著人類的生存。世界上許多國家逐步認(rèn)識到，一個持續(xù)發(fā)展的國家將是一個既能滿足社會生產(chǎn)消費(fèi)的需要，而又不會對子孫后代造成傷害的社會。節(jié)約能源，提高能源的可利用效率，充分利用潔凈能源取代高碳含量的燃料，已經(jīng)成為新的能源的主題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等系統(tǒng)組成，發(fā)電機(jī)主要將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，是風(fēng)電機(jī)組的核心部件；隨著風(fēng)電整機(jī)技術(shù)的深入研究，發(fā)電機(jī)由最初的直流發(fā)電機(jī)、籠型異步發(fā)電機(jī)逐步演變?yōu)殡p饋異步發(fā)電機(jī)、直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身技術(shù)水平的提高，又促進(jìn)了風(fēng)電整機(jī)技術(shù)的不斷完善，風(fēng)電機(jī)組部件與風(fēng)電整機(jī)互為因果、相互促進(jìn)。本課題就是建立在對引進(jìn)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電齒輪箱結(jié)構(gòu)技術(shù)消化吸收的基礎(chǔ)上，對齒輪箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，為研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電機(jī)組和主傳動齒輪箱打下基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)發(fā)展趨勢風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢：（1）?風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量增大：有利于提高風(fēng)能可利用率，降低風(fēng)電場的實際占地面積，減少風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)成本，從而提高風(fēng)電產(chǎn)品的市場競爭力。目前全球主流風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)達(dá)到（2~?3）MW,?由德國Repower?研制的最大的5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已投入運(yùn)行，其葉片直徑達(dá)到126?米。（2）變速恒頻技術(shù)快速推廣：現(xiàn)在恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙繞組結(jié)構(gòu)的雙饋異步發(fā)電機(jī),高速運(yùn)行在風(fēng)資源較高風(fēng)速段,發(fā)電機(jī)運(yùn)行在相對較高轉(zhuǎn)速；在低風(fēng)速段，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在相對較低轉(zhuǎn)速上。其優(yōu)點(diǎn)是主控系統(tǒng)簡單，可靠性高;缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常不斷變化，風(fēng)電機(jī)組時常處于風(fēng)能利用系數(shù)低的狀態(tài)，風(fēng)資源無法得到充分合理利用。伴隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組制造商開始使用變速恒頻技術(shù)，并結(jié)合變槳距風(fēng)機(jī)技術(shù)的應(yīng)用演變出變槳變速風(fēng)電機(jī)組。與恒速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組相比，變速恒頻運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組具有發(fā)電量大、對風(fēng)速變化的適應(yīng)性好、生產(chǎn)成本低、可利用率高等優(yōu)點(diǎn)。（3）直驅(qū)、半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組：采用多個極對數(shù)電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行傳動的設(shè)計方案，除去故障率較高的齒輪箱，在低風(fēng)速段時效率高，且具有低噪聲、高壽命、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)份額和單機(jī)容量增長較塊，但由于技術(shù)和成本等方面的不足，在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組還將在市場中占主導(dǎo)地位。風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展趨勢:風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促成了整機(jī)制造企業(yè)的繁榮，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中最脆弱的部件，飽受國內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)專家和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注。風(fēng)機(jī)齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組的配套產(chǎn)品，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最脆弱、最核心機(jī)械傳動部件，主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)，使其得到發(fā)電機(jī)相適應(yīng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電，它的研究和技術(shù)創(chuàng)新是風(fēng)電技術(shù)的必然，并正向高效率、高可靠性及大功率方向發(fā)展。風(fēng)電機(jī)組往往安裝在高山、丘陵、荒野、海灘、海島、戈壁等場所，經(jīng)常承受交變載荷及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊；常年運(yùn)行在高溫、低溫、潮濕、強(qiáng)紫外線、風(fēng)雪等嚴(yán)酷的環(huán)境下，其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械產(chǎn)品高很多的要求。全球范圍內(nèi)，風(fēng)電行業(yè)中發(fā)展最快，最有影響的國家主要有美國、德國等發(fā)達(dá)國家在風(fēng)電行業(yè)中處于優(yōu)先地位。歐美發(fā)達(dá)國家很早就開發(fā)出單機(jī)容量為兆瓦級的風(fēng)電機(jī)組，并且技術(shù)相對成熟，具有完善的設(shè)計理論和豐富的實際經(jīng)驗，而且商業(yè)化運(yùn)作比較好，例如Renk、Flender、Romax、Orbit2、vikif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、有限元分析、仿真計算、動態(tài)設(shè)計模擬流體力學(xué)等先進(jìn)技術(shù)，并通過模擬計算和軟件試驗測試對設(shè)計方案進(jìn)行驗證。國外還通過理論分析及試驗測試對風(fēng)電齒輪箱及傳動鏈的運(yùn)行性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和數(shù)據(jù)分析，為風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。盡管國際上齒輪箱設(shè)計技術(shù)比較成熟，但統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，主齒輪箱故障仍然是風(fēng)電機(jī)組最主要故障，約占風(fēng)電整機(jī)故障率的20％左右，由于我國商業(yè)化風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步晚，技術(shù)上較歐美等技術(shù)發(fā)達(dá)國家存在差距。我國在九五期間開始走引進(jìn)技術(shù)的方法，通過引進(jìn)和吸收國外成熟的技術(shù)，成功研發(fā)出了兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。1.3論文的主要內(nèi)容論文的主要內(nèi)容介紹了風(fēng)電行業(yè)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及各個國家對風(fēng)力發(fā)電的重視程度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動鏈主要分為風(fēng)輪、主軸、齒輪箱（增速箱）、機(jī)械剎車、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)等部件。齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組零件的重要作用及齒輪箱的發(fā)展，還有整篇論文關(guān)于齒輪箱的設(shè)計過程，及設(shè)計計算、校核等。設(shè)計此次的行星輪系的齒輪箱，我們擬采用工業(yè)減速機(jī)的設(shè)計方法，并結(jié)合資料完成風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計、校核、及優(yōu)化的一系列工作。設(shè)計此次行星輪系的齒輪箱，我們擬采用工業(yè)減速箱的平行軸齒輪的設(shè)計方法，并結(jié)合齒輪設(shè)計的專業(yè)書籍完成風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計、校核等工作。關(guān)于行星輪系的傳動比及齒輪的計算，會參照《機(jī)械原理》等一些書籍的部分內(nèi)容進(jìn)行，還有關(guān)于軸、鍵的設(shè)計及齒輪箱的使用及維護(hù)等等。主要參數(shù)如下：表1并明確規(guī)定依據(jù)ISO6336進(jìn)行齒輪計算，按3倍額定功率計算靜強(qiáng)度＞1.0,內(nèi)齒輪不低于7級，外齒輪制造精度等級不低于6級，輸出高速軸齒面硬度為HRC58~62,材料選用17CrNiMo6合金結(jié)構(gòu)鋼材料。2?齒輪箱的設(shè)計風(fēng)電齒輪箱的方案設(shè)計大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主傳動齒輪箱位于風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間，是一種無規(guī)律變向載荷和瞬間強(qiáng)沖擊載荷作用下工作的重載齒輪增速傳動裝置，齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組傳動軸系中一個最重要而又脆弱的部件。在狹小的空間內(nèi)，減小外形尺寸和重量十分重要，齒輪箱的設(shè)計吧必須在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，減小尺寸和重量；同時要考慮便于維護(hù)的特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計提供的技術(shù)參數(shù)，采用CAD優(yōu)化設(shè)計，按照排定的最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)和良好的力學(xué)性能及低溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的材料，配備完善的潤滑、冷卻和監(jiān)控系統(tǒng)。不同功率等級的齒輪箱采用不同的傳動形式，在20世紀(jì)80年代，平行軸圓柱齒輪傳動裝置應(yīng)用到100-500kW的風(fēng)電機(jī)組，90年代達(dá)到了600-800kW，為了節(jié)省空間，獲得更大的速比，引用了外形為筒狀的行星齒輪傳動和行星與平行軸結(jié)合的傳動形式，取得了良好的效果。為了獲得更大的功率，節(jié)省空間，齒輪箱傾向于行星、差動和平行軸結(jié)合的形式，并在大型風(fēng)電機(jī)組中獲得了應(yīng)用。對于國內(nèi)2MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱，采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，主軸和齒輪箱采用集成化設(shè)計方案，其傳動比在100以上，主要以兩級行星和一級平行軸為主要的傳動形式。相對于平行軸傳動，行星傳動有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、體積小、重量輕、制造精度高；傳動功率范圍廣，實現(xiàn)了功率分流；共軸傳動，軸向尺寸大大減小，重量與同類型機(jī)型減輕15%；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊和振動能力好；但同時存在以下缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比定軸傳動復(fù)雜，對部件制造質(zhì)量要求高，體積小，導(dǎo)致散熱面積較小油溫較高，對潤滑、泄油、主控及監(jiān)控系統(tǒng)要求較高，故采用強(qiáng)制和飛濺潤滑的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)風(fēng)電場建設(shè)提供的技術(shù)參數(shù)，III類風(fēng)機(jī)的傳動比i=114.65，采用兩級行星和一級平行軸結(jié)構(gòu)。為保證齒輪箱功率分流，行星傳動全部采用均載機(jī)構(gòu)，均衡各行星輪傳遞的載荷提高齒輪的承載能力、嚙合平穩(wěn)性。同時可降低齒輪的制造精度，降低制造成本。對于單排三行星或四行星傳動結(jié)構(gòu)，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，作為均載機(jī)構(gòu)時浮動靈敏，結(jié)構(gòu)簡單；并用于中低速工況下浮動載荷，效果比較顯著。太陽輪主要采用浮動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)載荷的均載。本文介紹的兩級行星傳動均以太陽輪浮動，行星輪和行星架僅進(jìn)行熱裝及漸開線花鍵聯(lián)接。1）兩級行星和一級平行軸傳動形式國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱技術(shù)比較落后，材料和工藝的水平較低，2MW機(jī)型主要以國外的設(shè)計為主，國內(nèi)設(shè)計的主流機(jī)型為兩級行星+一級平行軸傳動。這種齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式如下圖2所示。一級齒圈、二級齒圈的模數(shù)較大，采用一二級齒圈固定傳動形式，行星架與主軸用花鍵或過盈配合聯(lián)接，齒圈采用滲氮或調(diào)制處理；行星輪、太陽輪采用調(diào)質(zhì)、滲碳、表面淬火的熱處理方式，行星架采用雙臂結(jié)構(gòu)，通過行星輪、太陽輪的浮動實現(xiàn)均載；均載系數(shù)根據(jù)設(shè)計及工藝文件的制定來確定。齒輪箱潤滑采用飛濺和強(qiáng)制潤滑的方式，提高了齒輪箱的傳動效率和機(jī)械效率；同時齒輪箱重量較大，對風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的振動影響較大。圖2行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)圖行星傳動的傳動比計算公式為ibaH=1+Zb/ZaiabH=1+Za/ZbiHab=-Zb/Za求行星傳動的傳動比iHab=na-nH/nb-nH=(-1)ZbZc/ZaZc=-Zb/Za由上式得：ibaH=1-iHab=1+Zb/Za行星傳動的傳動比按照上述公式進(jìn)行計算，在進(jìn)行傳動比的計算過程中，還需滿足下列的計算條件的要求；同心條件齒輪和行星輪數(shù)滿足的條件：保證中心輪和行星輪軸線重合條件下的正確嚙合，要求aac=abc。即各嚙合齒輪的中心距必須完全相等。對于非變位齒輪或高度變位齒輪，則要求：m(Za+Zc)/2=m(Zb-Zc)/2經(jīng)過變換公式得到下列式子：ZC=Zb-Za/2若保證ZC為正整數(shù)，則a、b的齒數(shù)必須同時為奇數(shù)或偶數(shù)，才能滿足上述式子的要求。對于角度變位齒輪傳動，表示為：(Za+Zc)/cosa=(Zb-Zc)/cosb，a、b分別為兩對嚙合齒輪的嚙合角，根據(jù)嚙合方式不同，選擇不同的嚙合角度，通常外嚙合角a=24°~27°；內(nèi)嚙合嚙合角為b=17°31~21°。裝配條件的要求：保證各行星輪能均勻分布地安裝于兩中心齒輪之間。因此，各輪齒數(shù)與行星輪個數(shù)nW=3必須滿足裝配條件，以上圖為例，若行星傳動共有3個行星輪，建立裝配條件中心角為C=2n/n(n=3)，若行星輪的齒數(shù)為偶數(shù)，則當(dāng)兩中心輪的輪齒中心線處于軸線位置時，行星輪方可順利進(jìn)行安裝，依次對3個行星輪進(jìn)行安裝，行星輪轉(zhuǎn)過的中心角度C必須等于中心輪a轉(zhuǎn)過C個齒所對應(yīng)的中心角，即：C=C2n/Za；顯然，當(dāng)中心輪a繞行星架轉(zhuǎn)動不同的位置，該輪系的傳動比為：iaH=na/nH=Ca/CH=1+Zb/Za；經(jīng)過變換公式，得到下列式子：Cnw/Za=1+Zb/Za經(jīng)過整理得到下列式子：(Za+Zb)/nw=C(整數(shù))因此，得到下列結(jié)論：單排行星輪傳動裝配的條件：兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。鄰接條件保證相鄰兩行星輪的齒頂不存在干涉現(xiàn)象，即：2a1sin180/nw>dacdac為行星輪的齒頂圓直徑，al表示實際的中心距，行星輪齒頂間的最小間隙取決于制造精度，當(dāng)計算結(jié)果不滿足鄰接條件時，可減少行星輪數(shù)目n或增加中心輪Za的齒數(shù)。行星差速傳動的傳動設(shè)計：如上圖所示的2k型差動輪系中，設(shè)3個基本構(gòu)件，分別為a、b、H,其轉(zhuǎn)速分別為na、nb、nH，根據(jù)行星傳動的傳動比計算，ibaH=na-nb/nH-nb;iHab=na-nH/nb-nH;iabH=nb-na/nH-na將第(1)式和第(2)相加得到下列的表達(dá)式：ibaH+iHab=1經(jīng)過移項得到下列的表達(dá)式：1—ibaH=iHab=1/iHba對于高速重載齒輪的傳動，除滿足上述條件外，還應(yīng)滿足其它一些附加條件，將在具體的設(shè)計任務(wù)中適當(dāng)調(diào)整。配齒計算根據(jù)下表確定行星傳動的傳動比：注：表中數(shù)值在良好設(shè)計的條件下，單級傳動比可能達(dá)到的范圍，在一般設(shè)計中，傳動比若接近極限值時，通常需要進(jìn)行鄰接條件的驗算。對于非變位或高度變位傳動，滿足下列公式：ibaH*Za/nw=C；根據(jù)ibah并適當(dāng)調(diào)整，使C等于整數(shù)。對于等角度變位，與上述計算方法一致。根據(jù)ibaH并適當(dāng)調(diào)整，使C等于整數(shù)，求出Za。柔性軸傳動柔性軸傳動技術(shù)起源于英國，風(fēng)電齒輪箱的柔性軸傳動由英國ORBITAL2公司設(shè)計，用柔性銷軸支撐在單臂行星架的輸出端，通過柔性軸的變形，較好實現(xiàn)了風(fēng)電齒輪箱一級（6個）行星輪、二級（4個）行星輪在齒寬方向的均載；與常規(guī)的風(fēng)電齒輪箱傳動相比，常規(guī)風(fēng)電齒輪箱的行星軸和中心輪的距離由設(shè)計者確定，且距離保持不變；而柔性軸傳動，允許行星軸的軸線處于撓度允許的變化范圍內(nèi)。且整個齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊，齒圈、行星輪、太陽輪采用圓柱直齒輪傳動，行星架采用單臂結(jié)構(gòu)形式，齒圈采用滲氮處理，行星輪、太陽輪采用滲碳、淬火處理，第一級、第二級采用差速傳動，第三級傳動采用平行軸傳動，潤滑系統(tǒng)采用強(qiáng)制潤滑，提高了齒輪箱的傳動效率，降低了加工成本和制造難度；整機(jī)的質(zhì)量同比減輕15%，風(fēng)電齒輪箱傳動的剖面結(jié)構(gòu)下圖4所示:圖5行星輪載荷測量結(jié)果隨著風(fēng)電齒輪箱技術(shù)不斷發(fā)展，傳動技術(shù)正發(fā)生著日新月異的變化，柔性技術(shù)的發(fā)展正朝著齒輪和軸承高集成、模塊化的方向發(fā)展。集成的柔性軸傳動，將對齒輪和軸承的外圈進(jìn)行集成，隨著傳動功率的不斷提高，行星輪的數(shù)量不斷增加，對齒輪和軸承的加工精度及潤滑等提出更加嚴(yán)格的要求。目前，國外的風(fēng)電齒輪箱技術(shù)主要有英國Orbital2、romax、德國renk公司、比利時漢森公司產(chǎn)品。主要的技術(shù)流派還是以行星傳動為主，只有ORBITAL2、vikof等公司采用柔性銷的傳功方案，其余設(shè)計公司設(shè)計的結(jié)構(gòu)形式有較大的差別，但基本能夠滿足風(fēng)電行業(yè)2-3MW風(fēng)電齒輪箱的傳動要求。圓柱減速齒輪箱的設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)，結(jié)合自己的實際能力，設(shè)計的論文為雙極圓柱齒輪減速機(jī)；主要為風(fēng)電齒輪箱的平行軸傳動設(shè)計方案及計算和校核。功率為5kW,全部采用平行軸傳動，第一級傳動比為i1=4，第二級傳動比i2=3.17，設(shè)計壽命為10年。選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1） 所有齒輪選擇斜齒；2） 外嚙合齒輪的精度等級為8級；3） 齒輪參數(shù)的設(shè)計計算：首先，計算第三級高速軸傳動的齒輪參數(shù)：輸入功率P=5kW，輸出軸轉(zhuǎn)速為1440r/min,傳動比i=12.68,工作壽命為10年。選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)；1） 選定斜齒圓柱齒輪；2） 齒輪的精度等級為8級；3） 材料為45#，熱處理工藝為表面淬火處理；4） 初選第一級傳動比為i1=4，第二級傳動比i2=3.17，大齒輪的齒數(shù)Z22=92；螺旋角3=14.53°；5） 按齒輪的失效形式進(jìn)行計算；齒輪齒面接觸強(qiáng)度：d1>Jd；a1>Ja（u±1）齒輪的彎曲強(qiáng)度計算：m=12.5a——齒輪傳動的中心距；di一一小齒輪分度圓直徑；k 載荷系數(shù)，常取k=1.1'~2.2；m——小齒輪的法面模數(shù)；T1一一小齒輪的額定轉(zhuǎn)矩；Z1一一小齒輪的齒數(shù)；根據(jù)參考資料按表2-24選取；?d一一小齒輪的齒寬系數(shù)：？d=b/d1?m——小齒輪的齒寬系數(shù)：？m=b/m?a 小齒輪的齒寬系數(shù)：？a=b/aJd 齒面接觸強(qiáng)度計算系數(shù)；YFS—一力作用于齒頂時的復(fù)合齒形系數(shù)；按大小齒輪的實際齒數(shù)分別查參考資料圖2-78或2-79；u 齒數(shù)比；oFP——許用彎曲應(yīng)力；MP,oFP=1.6oFlim；oHP一一許用接觸應(yīng)力；MP,oHP=0.9oHlim；取大小齒輪的小值代入以上公式計算；根據(jù)第一級傳動比，按照參考資料表2-46初選小齒輪的的齒數(shù)Z1=28,Z2=112.67，取整數(shù)后選Z2=112；K=1.3,T1=954933.15N;?m=10（按照參考資料提供的推薦數(shù)值）；YFS=4.15；oFP=344；經(jīng)過計算，第一級輸入軸m1>1.25，根據(jù)設(shè)計的要求選擇m1=1.5；b>15，根據(jù)需要選取b=48mm；根據(jù)參考資料表2-55，查出Jd=761；?d=1.1（按照參考資料提供的表2-47）；oHP=540；U=4;經(jīng)過計算d1>29.7mm；根據(jù)設(shè)計的要求選擇d1=29mm；Ja=180，?a=0.3（按照參考資料提供的推薦數(shù)值）；經(jīng)過計算a1>44.64mm,根據(jù)設(shè)計的尺寸要求選擇a1=108mm；然后計算第二級傳動的輸出軸設(shè)計計算，傳動比i2=3.17，按照參考資料選取第二級小齒輪的齒數(shù)Z3=29，Z4=91.93，取整數(shù)后，Z4=92;K=1.3，T2=420N,?m=10（按照參考資料提供的推薦數(shù)值）；其它數(shù)值YFS、oFP的取值同上;經(jīng)過計算m2>2.41，根據(jù)齒輪模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)系列值，選取m=2；經(jīng)過計算d2>78mm,根據(jù)提供的K值進(jìn)行修正，選取d2=40mm。本次圓柱齒輪減速機(jī)的設(shè)計，暫不考慮中心距的變動，采用標(biāo)準(zhǔn)的齒輪壓力角=20°受力分析與靜強(qiáng)度校核受力分析漸開線圓柱齒輪的主要受力有徑向圓周力和軸向力，根據(jù)受力分析情況，提供軸及軸承的布置形式，在傳動過程中進(jìn)行受力計算，并根據(jù)受力結(jié)果，保證斜齒輪在傳動過程中受力均勻，及承受徑向力，同時承受軸向力，并根據(jù)圓柱齒輪減速機(jī)的齒輪是否有偏載，合理選擇軸及軸承的配置，同時提供軸承的設(shè)計計算，暫不提供齒頂修緣和齒面修形計算。圓柱斜齒輪的受力情況如下：齒輪的受力主要有三種，分別為：切向力：Ft=2000T1/d1軸向力：Fa=Ft徑向力：Fr=Fttan?an/cosBB：齒輪分度圓的螺旋角an：斜齒輪的法面壓力角低速級外嚙合靜強(qiáng)度計算依據(jù)要求，按額定功率計算靜強(qiáng)度（因其余嚙合齒輪副的計算步驟、結(jié)論與此相似，在此，僅以低速級外嚙合為例）；載荷：Fcal=2000Tmax/d式中：d 齒輪分度圓直徑；T 最大轉(zhuǎn)矩N.m修正載荷系數(shù)：已經(jīng)按最大載荷系數(shù)進(jìn)行計算，K=1.3;計算安全系數(shù)：SH=式中：6HST—一靜強(qiáng)度最大齒面應(yīng)力，N/mm26HST——ZH?ZE?Z￡?ZB?U+1/U?KV?KHB?Ka???SH=1.035>1本章小結(jié)依據(jù)技術(shù)參數(shù)，綜合行星傳動與平行軸傳動的特點(diǎn)，選取平行軸的設(shè)計計算，與風(fēng)電齒輪箱的第三級傳動結(jié)構(gòu)相同，但計算不同。齒輪箱的密封、潤滑和冷卻齒輪箱的密封齒輪箱高速軸密封，工業(yè)齒輪箱的高速軸的密封一直是個頭痛的問題，一方面能要密封牢靠，防止齒輪箱潤滑油外泄，同時也能防止雜質(zhì)進(jìn)入齒輪箱箱體內(nèi)，常用的有接觸式密封和非接觸式密封兩種。接觸式密封接觸式密封使用的密封件要求密封可靠、經(jīng)久耐用、摩擦阻力小，容易制造和裝拆，并隨壓力的升高而有效提高密封，還要有利于自動補(bǔ)償磨損。常用的旋轉(zhuǎn)軸用唇形密封有多種方式，可按標(biāo)準(zhǔn)選取。密封部位軸的粗糙度R=0.16~0.63。與密封圈接觸的軸表面不允許有機(jī)械加工痕跡。軸端設(shè)置有相應(yīng)的導(dǎo)入角，倒角不應(yīng)有銳邊、毛刺和粗糙的機(jī)加工殘留物。非接觸式密封所有的非接觸式密封不會產(chǎn)生磨損，使用的時間較長。軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡單的密封。主要采用迷宮式密封，要求軸承內(nèi)圈隨高速軸轉(zhuǎn)動，外圈與箱體保持靜止，間隙的大小根據(jù)設(shè)計軸的徑向跳動公差大小和軸承端蓋相對于軸承孔的同軸度公差來確定，在軸承端蓋或定位套上加工出一些溝槽，一般2-4個，形成所謂的迷宮，軸承端蓋與箱體軸承座孔溝槽底部開有回油槽，使外泄的油液遇到溝槽改變方向流回箱體中。也可在密封的內(nèi)側(cè)設(shè)置甩油盤或擋油盤，阻擋飛濺的油液，增強(qiáng)密封的效果。保證潤滑油的外泄，同時，將齒輪箱做功過程中產(chǎn)生的熱量帶走。齒輪箱的潤滑和冷卻齒輪箱的潤滑非常重要，由于潤滑油符合牛頓流體力學(xué)的特征，層與層之間存在著一定的摩擦力，風(fēng)電主齒輪箱的潤滑油全部采用低溫X320潤滑油，具有良好的抗泡性、抗氧化性、抗低溫、防氧化、與空氣中的水分雜質(zhì)均不會發(fā)生反應(yīng)。良好的潤滑對齒輪和軸承起到傳遞熱量快、減小摩擦等保護(hù)作用；必須高度重視齒輪箱的潤滑問題，嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤滑系統(tǒng)長期處于最佳狀態(tài)，齒輪箱常采用飛濺+強(qiáng)制潤滑的方式，絕大多數(shù)以強(qiáng)制潤滑為主；在機(jī)組的潤滑系統(tǒng)中，機(jī)械泵和電動泵從副油箱將油液吸出，匯合后經(jīng)過過濾器（過濾精度10-50um）輸送到齒輪箱的潤滑系統(tǒng)中，對齒輪箱的齒輪及傳動件進(jìn)行冷卻和潤滑，管路中安裝有溫度、油壓、污染情況等監(jiān)控裝置，確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會出現(xiàn)漏油、阻塞、油品被污染等特殊情況的發(fā)生。即使是第一次使用新油，也要經(jīng)過過濾，系統(tǒng)中除了主濾油器之外，還加裝旁路濾油裝置，過濾精度為5um，以確保油液的清潔，對潤滑油的要求應(yīng)考慮能夠起對齒輪和軸承起到保護(hù)作用，此外還要具備以下性能：1.減少摩擦和磨損，具有高強(qiáng)的承載能力，防止出現(xiàn)齒面膠合現(xiàn)象；2.吸收沖擊和振動；3.防止疲勞點(diǎn)蝕；4.冷卻、除銹、防腐蝕；風(fēng)力發(fā)電機(jī)屬于閉式齒輪箱傳動，其主要失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤滑油時，保證有足夠的潤滑油膜和邊界膜強(qiáng)渡。使齒輪和軸承在惡略的工作條件下處于保護(hù)狀態(tài)。潤滑系統(tǒng)中的散熱器是風(fēng)冷式的，由系統(tǒng)中的溫度傳感器控制，當(dāng)油溫低于45°C時，潤滑油直接經(jīng)過濾器進(jìn)入齒輪箱起到潤滑的作用，當(dāng)齒輪箱的溫度到達(dá)60°C齒輪油經(jīng)過油冷風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，油冷風(fēng)扇設(shè)置雙速，當(dāng)潤滑油溫度達(dá)到65°C，油冷風(fēng)扇高速檔開啟，加速潤滑油的冷卻，在油溫>45°C，潤滑油主要起到冷卻作用，通過電路旁路溫控閥自動