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I 摘 要 風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮 風(fēng)力機(jī)增速齒輪箱是風(fēng)力 發(fā)電整機(jī)的配套產(chǎn)品 是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個(gè)重要的機(jī)械傳動(dòng)部件 它的重要功能 是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī) 使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電 本文首先 根據(jù)風(fēng)電齒輪箱承受載荷的復(fù)雜性 對(duì)其載荷情況進(jìn)行了分析研究 確定齒輪箱的機(jī)械結(jié)構(gòu) 并選取兩級(jí)行星派生型傳動(dòng)方案 通過(guò)計(jì)算 確定各級(jí)傳 動(dòng)的齒輪參數(shù) 其次 對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行受力分析 得出各級(jí)齒輪受力結(jié)果 并 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核 結(jié)果符合安全要求 最后 繪制 CAD 裝配圖 并構(gòu)建 了 Pro E 的三維模型 通過(guò)本次設(shè)計(jì) 鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí) 如 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力 學(xué) 公差與互換性理論 機(jī)械制圖等 掌握了起重機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練 使用 AutoCAD 制圖軟件 對(duì)今后的工作于生活具有極大意義 關(guān)鍵詞 風(fēng)電 增速齒輪箱 設(shè)計(jì) 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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1 2 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 2 國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 2 1 3 行星齒輪傳動(dòng)概述 3 第 2 章 總體方案選定 5 2 1 設(shè)計(jì)要求及參數(shù)選擇 5 2 1 1 設(shè)計(jì)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(jì)與校核 8 3 1 第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 8 3 1 1 齒輪基本參數(shù)計(jì)算 8 3 1 2 行星輪齒裝配條件驗(yàn)算 8 3 1 3 行星傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度校核 9 3 2 第二級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)與校核 13 3 2 1 基本參數(shù)計(jì)算 13 3 2 2 齒輪強(qiáng)度校核 13 3 3 第三級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)與校核 16 3 3 1 基本參數(shù)計(jì)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(jì)與校核 20 IV 4 1 行星輪心軸的設(shè)計(jì)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(jì)算 20 4 1 3 行星輪軸承壽命計(jì)算 20 4 2 圓柱齒輪傳動(dòng)中間齒輪軸設(shè)計(jì) 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(jì) 21 4 3 圓柱齒輪傳動(dòng)輸出軸的設(shè)計(jì) 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(jì) 23 4 4 輸入軸連接形式選擇及計(jì)算 25 第 5 章 箱體及其他部件的設(shè)計(jì) 27 5 1 箱體設(shè)計(jì) 27 5 2 齒輪箱的密封 潤(rùn)滑 冷卻 27 5 2 1 齒輪箱的密封 27 5 2 2 齒輪箱的潤(rùn)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(jì) 30 6 1 PRO E 軟件概述 30 6 2 三維模型設(shè)計(jì) 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(jì) 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) 能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)國(guó)家現(xiàn)代化目標(biāo)的必要條件 為了解決化 石能源的不斷消耗對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境的影響問(wèn)題 我國(guó)和一些主要發(fā)達(dá)國(guó)家 在未來(lái)能源規(guī)劃中 都明確提出了可再生能源發(fā)展的具體目標(biāo) 在 國(guó)家中長(zhǎng)期 2006 2020 年 科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 中 將可再生能源規(guī)?；昧袨槟?源可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一 風(fēng)力發(fā)電是清潔可再生能源 蘊(yùn)存量巨大 具有實(shí)際開(kāi)發(fā)利用價(jià)值 中國(guó)水電 資源 370 GW 風(fēng)能資源有 250 GW 風(fēng)能與水能總量旗鼓相當(dāng) 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 其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳 遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速 通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低 遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所 要求的轉(zhuǎn)速 必須通過(guò)齒輪 箱齒輪副的增速作用來(lái)實(shí)現(xiàn) 故也將齒輪箱稱之為增速 箱 齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件 在運(yùn)行期間同時(shí)承受動(dòng) 靜載荷 其動(dòng)載荷部分 取決于風(fēng)輪 發(fā)電機(jī)的特性和傳動(dòng)軸 聯(lián)軸器的質(zhì)量 剛度 阻尼值以及發(fā)電機(jī)的 外部工作條件 開(kāi)發(fā)新能源是國(guó)家能源建設(shè)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要 是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整 減少環(huán)境污染 推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的重要手段 風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)中最成熟 最具 規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一 1 2 風(fēng)力機(jī)齒輪箱國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 2 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 風(fēng)力機(jī)增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電整機(jī)的配套產(chǎn)品 是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個(gè)重要的 機(jī)械傳動(dòng)部件 它的重要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī) 使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常安裝在高山 荒野 海灘 海島 等野外風(fēng)口處 經(jīng)常承受無(wú)規(guī)律的變相變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊 并且 常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的作用 故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī) 械產(chǎn)品高得多的要求 2 國(guó)外兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱是隨風(fēng)電機(jī)組的開(kāi)發(fā)而發(fā)展起來(lái)的 Renk Flender 等風(fēng) 電齒輪箱制造公司在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用三維造型設(shè)計(jì) 有限元分析 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等 先進(jìn)技術(shù) 并通過(guò)模擬和試驗(yàn)測(cè)試對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證 此外 國(guó)外通過(guò)理論分析 及試驗(yàn)測(cè)試對(duì)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) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB Tl9703 2003 和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IS081400 4 2005 都對(duì)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)提 出了具體的設(shè)計(jì)規(guī)范和要求 盡管國(guó)際上齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟 但統(tǒng)計(jì)數(shù) 據(jù)表明 齒輪箱出現(xiàn)故障仍然是 M 機(jī)故障的最主要原因 約占風(fēng)力機(jī)故障總數(shù)的 20 左右 由于我國(guó)商業(yè)化大型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚 技術(shù)上較歐美等風(fēng)能技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó) 家存在較大差距 做為世界上的風(fēng)能大國(guó) 目前我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開(kāi)發(fā)主要 是引進(jìn)國(guó)外成熟的技術(shù) 關(guān)鍵就因?yàn)槲覈?guó)的設(shè)計(jì)水平不高 目前我國(guó)主要有幾家公 司制造風(fēng)電齒輪箱 南京高精齒輪有限公司 重慶齒輪箱有限責(zé)任公司 杭州前進(jìn) 齒輪箱集團(tuán) 1 2 2 國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)已基本掌握了兆瓦以下風(fēng)電增速箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組的主 流機(jī)型為 600kW 800kW 其增速齒輪箱已在重慶齒輪箱有限責(zé)任公司 南京高精齒 輪集團(tuán)有限公司 杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)有限公司等廠家批量生產(chǎn) 盡管如此我國(guó)風(fēng) 電齒輪箱仍是風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化中的薄弱環(huán)節(jié)尚不能滿足市場(chǎng)需求 目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)引進(jìn)基本上是以產(chǎn)品生產(chǎn)許可方式進(jìn)行的從國(guó)外引進(jìn) 的只是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的集成技術(shù)并不包括齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電增 速齒輪箱的設(shè)計(jì)基本是參照引進(jìn)集成技術(shù)中的齒輪箱采購(gòu)規(guī)范進(jìn)行的齒輪箱的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和外聯(lián)結(jié)尺寸按進(jìn)口風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求進(jìn)行類比設(shè)計(jì) 因此國(guó)內(nèi)并未真正引進(jìn) 風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)制造技術(shù)更談不上完全掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 在風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)裝置技術(shù)研究方面國(guó)內(nèi)起步較晚基礎(chǔ)較薄弱人才匱乏 鄭州機(jī) 械研究所近幾年來(lái)對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)電齒輪箱先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了跟蹤研究并依靠幾十年的齒 輪傳動(dòng)和強(qiáng)度等專業(yè)的成果 經(jīng)驗(yàn)的積累開(kāi)發(fā)出了全套風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)分析 軟件 WinGear 此外鄭州機(jī)械研究所還開(kāi)發(fā)了基于 Solid Works 的智能型 CAE 分析系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)箱體 行星架 輸入軸等重要零部件的有限元分析和優(yōu)化 3 1 3 行星齒輪傳動(dòng)概述 行星齒輪傳動(dòng)在我國(guó)已有了很多年的進(jìn)展史 很久已有了應(yīng)用 不過(guò) 自 20 百 年 60 時(shí)代以來(lái) 我國(guó)才著手對(duì)行星齒輪傳動(dòng)施行了較深化 系統(tǒng)的研討和試著制做 辦公 不管是在預(yù)設(shè)理論方面 仍然在試著制做和應(yīng)用實(shí)踐方面 均獲得了較大的 業(yè)績(jī) 并取得了很多的研討成果 近 20 積年來(lái) 特別是我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái) 隨著我 國(guó)科技水準(zhǔn)的進(jìn)步提高和進(jìn)展 我國(guó)已從天底下很多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)度引進(jìn)了數(shù)量多先 進(jìn)的機(jī)械設(shè)施和技術(shù) 通過(guò)我國(guó)機(jī)械科學(xué)技術(shù)擔(dān)任職務(wù)的人不斷積極的借鑒和克化 與時(shí)俱進(jìn) 拓寬創(chuàng)新地盡力盡量奮勇前進(jìn) 使我國(guó)的行星傳動(dòng)技術(shù)有了迅疾的進(jìn)展 1 本課題經(jīng)過(guò)對(duì)行星齒輪降低速度器的結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè) 開(kāi)始階段的計(jì)算出各零件的預(yù) 設(shè)尺寸和裝配尺寸 并對(duì)牽涉到最后結(jié)果施行參變量化剖析 為行星齒輪降低速度 器產(chǎn)品的研發(fā)和性能名聲成功實(shí)現(xiàn)行星齒輪降低速度器規(guī)?；霎a(chǎn)供給了參照和理 論根據(jù) 經(jīng)過(guò)本預(yù)設(shè) 要能弄懂該降低速度器的傳動(dòng)原理 達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的溫習(xí) 與強(qiáng)化 因此在往后的辦公中能解決大致相似的問(wèn)題 我國(guó)的低速重載齒輪技術(shù) 尤其是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿造等階段 從無(wú)到有逐層進(jìn)展起來(lái) 除開(kāi)摸索掌握制作技術(shù)外 在 20 百年 80 時(shí)代末至 90 時(shí)代 初推廣硬齒面技術(shù)過(guò)程中 我們還作理解決 斷軸 選用 等一系列有意義的辦 公 1 漸開(kāi)線行星齒輪速率的研討 行星齒輪傳動(dòng)的速率作為名聲器傳動(dòng)性能優(yōu)劣的關(guān)緊指標(biāo)之一 國(guó)里外有很多 學(xué)者對(duì)此施行了系統(tǒng)的研討 如今 計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)速率的辦法眾多 國(guó)里外學(xué) 者提出了很多相關(guān)行星齒輪傳動(dòng)速率的計(jì)算辦法 在預(yù)設(shè)計(jì)算中 較常用的計(jì)算方 有 3 種 牙齒咬緊功率法 力偏移法 和轉(zhuǎn)速比法 克萊依涅斯法 那里面以牙齒 咬緊功率法的用場(chǎng)最為廣泛 此辦法用來(lái)計(jì)算平常的的 2K2H 和 3K 型行星齒輪的 速率非常便捷 2 漸開(kāi)線行星齒輪均載剖析的研討目前的狀況 行星齒輪傳動(dòng)具備結(jié)構(gòu)緊湊密切 品質(zhì)小 大小小 承載有經(jīng)驗(yàn)大等長(zhǎng)處 這 4 些個(gè)都是因?yàn)樵谄浣Y(jié)構(gòu)上認(rèn)為合適而使用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)形式 充分利用了齊 心軸齒輪之間的空間 運(yùn)用了多個(gè)行星輪來(lái)分肩負(fù)荷 形成功率流 并合理的認(rèn)為 合適而使用了內(nèi)牙齒咬緊傳動(dòng) 因此使其具有了上面所說(shuō)的的很多長(zhǎng)處 為了更好 的施展行星齒輪的優(yōu)良性 均載的問(wèn)題就成了一個(gè)非常關(guān)緊的課題 在結(jié)構(gòu)方面 原先許多人只盡力盡量地增長(zhǎng)齒輪的加工精密度 因此要得行星齒輪的制作和裝配 變得比較艱難 后來(lái)經(jīng)過(guò)時(shí)間采取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限止的專門處 理辦法和其他可半自動(dòng)調(diào)位的辦法 5 第 2 章 總體方案選定 2 1 設(shè)計(jì)要求及參數(shù)選擇 2 1 1 設(shè)計(jì)要求 獨(dú)立設(shè)計(jì)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(jì) 2 傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核 3 傳動(dòng)軸和箱體設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)要求本次設(shè)計(jì)選定基本參數(shù)如下 增速器齒輪箱的主要設(shè)計(jì)要求如表 2 1 所示 表 2 1 原始設(shè)計(jì)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 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 常用齒輪箱形 式及其特點(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表 2 1 表 2 1 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 推薦傳動(dòng) 比 特點(diǎn)及應(yīng)用 6 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 高速級(jí)齒輪布置在原理轉(zhuǎn)矩輸入端 這樣 軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn) 變形可部分抵消 以減緩沿齒寬載 荷分布不均現(xiàn)象 用于載荷比較平 緩場(chǎng)合 高速級(jí)一般做成斜齒 低 速級(jí)可做成直齒 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 高速級(jí)一般用斜齒 低速 級(jí)可用直齒或人字齒 同軸式 60 821 i 減速器橫向尺寸較小 兩對(duì)齒輪浸 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(zhǎng) 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(jí) 圓 柱 齒 輪 傳 動(dòng) 同軸分 流式 60 8 21 i每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半 輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)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 對(duì)于 0 8 兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱 傳動(dòng)比多在 50 100 左右 一般有兩種傳動(dòng)形式 一級(jí)行星 兩級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng) 兩級(jí)行星 一級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng) 相對(duì)于 平行軸圓柱齒輪傳動(dòng) 行星傳動(dòng)的以下優(yōu)點(diǎn) 傳動(dòng)效率高 體積小 重量輕 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)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(dòng)裝置 使軸向尺寸大大縮小而 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和振動(dòng)能力較強(qiáng) 在具有上 述特點(diǎn)和優(yōu)越性的同時(shí) 行星齒輪傳動(dòng)也存在一些缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動(dòng) 復(fù)雜 對(duì)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(rùn)滑與冷卻裝置 這兩種行星傳動(dòng)與平行軸傳動(dòng)相混合的傳動(dòng)形式 綜合了兩者的 優(yōu)點(diǎn) 2 2 2 方案確定 依據(jù)提供的技術(shù)數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)方案比較 采用一級(jí)行星派生型傳動(dòng) 即一級(jí)行星 7 傳動(dòng) 兩級(jí)平行軸定軸傳動(dòng) 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 取輸入轉(zhuǎn)速 25rpm 取增速機(jī)構(gòu)增速后的輸出速度 1550rpm 2 1 62510 i 根據(jù)減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 單級(jí) 2K H NWG 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 確保其穩(wěn)定性 行星輪數(shù)目為 4 其傳動(dòng)比范圍為 由此 初定傳動(dòng)比分配情況如下 5 6 12 i 第一級(jí)定軸傳動(dòng) 3 30441i 第二級(jí)定軸傳動(dòng) 3 63152 第三級(jí)行星傳動(dòng) 5 16673i 考慮到 880kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)大功率 要求結(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 2 1 圖 2 1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 增速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為三級(jí) 第一級(jí)為行星輪系 第一級(jí)行星架為輸入端 由第 8 一級(jí)太陽(yáng)輪傳遞至第二級(jí)斜齒圓柱齒輪平行軸輪系傳動(dòng) 第三級(jí)采用斜齒圓柱齒輪 平行軸輪系傳動(dòng) 直接與電機(jī)相聯(lián) 第 3 章 齒輪設(shè)計(jì)與校核 3 1 第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 3 1 1 齒輪基本參數(shù)計(jì)算 根據(jù)初定條件 即 3 1 CnZiwabH CZa 4167 5 盡可能取質(zhì)數(shù) 則24a3 C 3 2 167 5 abbHZi 計(jì)算 bZ 3 3 10 baHawbinC 計(jì)算并初選 c 3 4 38 21 abcZ 初選 27 cZ 預(yù)計(jì)嚙合角 00 cbac 3 1 2 行星輪齒裝配條件驗(yàn)算 1 同心條件 為了保證中心輪和行星架軸線重合 各對(duì)嚙合齒輪間的中心距必須相等 而對(duì) 于角度變位傳動(dòng) 應(yīng)為 3 5 tbctacZZ oss 2 裝配條件 9 由于各行星輪必須均布于中心齒輪之間 為此 各齒輪齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)必須 滿足裝配條件 否則 會(huì)出現(xiàn)行星齒輪無(wú)法裝配的情況 單排 2K H 行星傳動(dòng)的裝配條件為 兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整 數(shù)倍 即 整數(shù) 3 CnZwca 6 3 鄰接條件 保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰 即 3 7 acwdna 180si2 根據(jù)以上條件 初選模數(shù)為 10mm 按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè) 確定第一級(jí) 行星輪系具體參數(shù)如表 3 1 表 3 1 第一級(jí)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(jí) 內(nèi)齒圈 100 10 0 980 1025 1000 0 3 1 3 行星傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度校核 在行星輪系傳動(dòng)中 太陽(yáng)輪與行星輪間接觸強(qiáng)度最大 故只需驗(yàn)證該嚙合副齒 輪接觸強(qiáng)度即可 根據(jù)中國(guó)船級(jí)社風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范 對(duì)各級(jí)行星輪系進(jìn)行強(qiáng)度校 核 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 60HRC 查閱手冊(cè) 選取 Hlim 1500MPa Flim 480MPa 輸入軸轉(zhuǎn)矩 4 1 mN3610258095 2 nPTH 太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)矩為 10 4 2 mN81 650217 321 iT 太陽(yáng)輪輪齒上的轉(zhuǎn)矩為 4 6 4 1 pnkT 3 式中 np 行星輪個(gè)數(shù) n p 4 kp 太陽(yáng)輪浮動(dòng)時(shí)載荷分配的不均衡系數(shù) k p 1 15 查手冊(cè)選取齒寬系數(shù) 83 0 d 計(jì)算齒寬為 4 4 m2 19240 11 b 取 20 B205 各系數(shù)的確定如下 使用系數(shù) 7 1AK 動(dòng)載系數(shù)為 4 5 01 583 180 2403 103 1 221 uvzV 式中 小齒輪 的速度 4 6 1 m s s6 9461 ndv 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 7 275 03 8 05 21 bdbKH 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 8 4 1 9 09 0 HF 齒輪間載荷分布系數(shù)為 4 9 1 FHK 則綜合系數(shù)為 11 4 10 25 17 0175 HVAHK 4 11 0 4 FF 齒面接觸應(yīng)力為 4 12 04MPa1 20481593 5127 0175 8 5 29 bduKZtHVAHE 式中 鋼制齒輪的彈性系數(shù) 4 13 EZ 2N m9 EZ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù) 4 14 H 5 2H 螺旋角系數(shù) 4 15 1cos 重合度系數(shù) 4 16 Z 8 0365 4 Z 為 與 的重合度 241 38 1 圓周力 4 17 tF N85922406703 dTt 齒面許用接觸應(yīng)力為 4 18 MPa138059 16 lim HWRXVLHPSZ 接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 19 32 1048 HPS 式中 潤(rùn)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 12 粗糙度系數(shù) RZ 4 22 94 02 583 1 0 1 53 0 8 308 duz 工作硬化系數(shù) WZ1WZ 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的尺寸系數(shù) 4 23 X 105 1 nXmZ 太陽(yáng)輪齒根彎曲應(yīng)力為 4 24 MPa30120859 1075 641 0 bm FKYtVAFSF 式中 重合度系數(shù) 4 Y 7 0165 2 cos7 2 Y 25 螺旋角系數(shù) 4 26 120 齒形系數(shù) FSY6 4 FSY 齒根許用彎曲應(yīng)力為 4 27 MPa652 148095 012 lim FXRrelTlSTFPS 齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 28 9 3065 FP 2 行星輪與內(nèi)齒圈彎曲強(qiáng)度校核 內(nèi)齒輪的材料選用 42CrMo 調(diào)質(zhì) 齒面硬度 HBS 260 查手冊(cè) 選取 Hlim 720MPa Flim 320MPa 內(nèi)齒輪齒根彎曲應(yīng)力為 13 4 29 MPa130460815922 0175 641 0 bm FKYtVAFSF 齒根許用彎曲應(yīng)力為 4 30 Pa43825 190 12 lim FXRrelTlSTFPSY 齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 31 37 1048 FP 3 2 第二級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)與校核 3 2 1 基本參數(shù)計(jì)算 齒數(shù)分配如下 21ziz 具體參數(shù)如表 3 2 表 3 2 第二級(jí)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 材料選用 20CrMnTi 滲碳淬火 齒面硬度 56 60HRC 查閱手冊(cè) 選取 Hlim 1500MPa Flim 480MPa 輸入軸轉(zhuǎn)矩 4 32 mN81 65022 Trp17 29 n 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(jí) 斜齒輪二 19 9 0 192 82 152 81 174 82 12 14 查手冊(cè)選取齒寬系數(shù) 1 d 計(jì)算齒寬為 4 33 m8 74 11 b 取 m752 B80 B 齒輪 z1 受到轉(zhuǎn)矩為 4 34 N23 1796635 221 iT 各系數(shù)的確定如下 使用系數(shù) 75 AK 動(dòng)載系數(shù)為 4 35 026 135 1678 41903 103 1 22 uvzV 式中 小齒輪 的速度 4 36 m s78 4 s106 58 74106 ndv 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 37 38 10 5 21 bdbKH 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 38 9 09 0 HF 齒輪間載荷分布系數(shù)為 4 39 1 FHK 齒面接觸應(yīng)力為 式1352MPa 1758 40296315 38 1026 7518 094 0 bduZtHVAHE 15 中 鋼制齒輪的彈性系數(shù) 4 40 EZ 2N m190 EZ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù) 4 41 H 45 H 螺旋角系數(shù) 4 42 9 012cos 重合度系數(shù) 為 與 的重 Z 8 3675 4 Z 19 Z26 合度 4 43 675 1 圓周力 4 44 tF N107298 1749620 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(rùn)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(jì)算時(shí)的尺寸系數(shù) X 05 1 5 nXmZ 結(jié)果計(jì)算發(fā)現(xiàn)第二級(jí)斜齒圓柱齒輪接觸強(qiáng)度不夠高 應(yīng)采取變位 為盡可能提 16 高齒輪的接觸強(qiáng)度 應(yīng)按最大嚙合角選取總變位系數(shù) 由 x 查變位系數(shù)線圖得其總變位系數(shù) 869121 z 1 2 分配變位系數(shù) 根據(jù)傳動(dòng)比由變位系數(shù)線圖得 x2 70 x 4 49 4 170 12 x 再次驗(yàn)算齒輪接觸強(qiáng)度為 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 經(jīng)變位后齒輪接觸強(qiáng)度得到明顯提高 第二級(jí)齒輪 齒根彎曲應(yīng)力為 4 51 MPa41291750238 026 175 48069 bm FKYtVAFSF 式中 重合度系數(shù) Y 69 0 6 cos 22 Y 螺旋角系數(shù) 4 52 87 012 齒形系數(shù) FSY 4 FSY 齒根許用彎曲應(yīng)力為 4 53 MPa652 148095 012 lim FXRrelTlSTFPS 17 輸入齒齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為 4 54 60 1425 FPS 3 3 第三級(jí)平行軸圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)與校核 3 3 1 基本參數(shù)計(jì)算 齒數(shù)分配如下 231ziz 具體參數(shù)如表 3 3 表 3 3 第三級(jí)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(jí) 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 材料選用 20CrMnTi 滲碳淬火 齒面硬度 56 60HRC 查閱手冊(cè) 選取 Hlim 1500MPa Flim 480MPa 輸入軸轉(zhuǎn)矩 4 55 mN23 17962 Trp07 4692 n 查手冊(cè)選取齒寬系數(shù) d 計(jì)算齒寬為 4 56 13211 b 取 m352 B40B 小齒輪受到轉(zhuǎn)矩 18 4 57 mN9 542130 2179621 iT 各系數(shù)的確定如下 使用系數(shù) 5 AK 動(dòng)載系數(shù)為 4 58 067 1954 2167 023 0103 121 uvzV 式中 小齒輪 的速度 4 59 m s67 10 s106 543106 ndv 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 60 378 1 8 5 21 bdbKH 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為 4 61 4 37 9 09 0 HF 齒輪間載荷分布系數(shù)為 4 62 1 FHK 齒面接觸應(yīng)力為 4 63 129MPa 1352480995 21378 06 1758 05 bduKZtHVAHE 式中 鋼制齒輪的彈性系數(shù) 4 64 EZ 2N m EZ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù) H 5 2H 螺旋角系數(shù) 4 65 1cos 重合度系數(shù) 為 與 的重合度 Z 78 064 Z 21 Z65 19 4 66 8 2 圓周力 4 67 tF N4809132 502 dTt 齒面許用接觸應(yīng)力為 MPa1425094 05 98 lim HWRXVLHPSZ 齒面接觸強(qiáng)度安全系數(shù)為 4 68 26 194 HP 齒根彎曲應(yīng)力為 4 69 MPa20891357 024 067 158 417 0 bm FKYtVAFSF 式中 重合度系數(shù) Y 4 70 7 0 cos647 1025cos75 02 2 螺旋角系數(shù) 4 80 Y0 Y 齒形系數(shù) FS 8 4 FS 齒根許用彎曲應(yīng)力為 4 81 MPa652 148095 012 lim FXRrelTlSTFPSY 齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)為 4 82 15 32086 FPS 由上述校核可知 該傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案基本符合強(qiáng)度要求 切實(shí)可行 該方案選取 20 大齒寬和高等級(jí)制造精度保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 避免了點(diǎn)蝕和膠合等失效情況的出現(xiàn) 選取合適的傳動(dòng)比來(lái)滿足傳動(dòng)要求 對(duì)于第二級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的初設(shè)計(jì)經(jīng)校核 和變位后接觸強(qiáng)度得到明顯改善 結(jié)構(gòu)較安全可靠 21 第 4 章 軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 4 1 行星輪心軸的設(shè)計(jì)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 pAd 為了與軸承相適應(yīng) 故需同時(shí)選取軸承型號(hào) 因軸承主要承受徑向載荷 且行星輪軸線在傳動(dòng)中要保持與太陽(yáng)輪良好的平行 以避免附加載荷 所以選用調(diào)心滾子軸承 性能 特點(diǎn)與調(diào)心球軸承相同 且具有 較大的徑向承載能力 并根據(jù)最小軸徑 127 26mm 查機(jī)械手冊(cè)初步選取標(biāo)準(zhǔn)調(diào)心滾 子軸承型號(hào)為 22326 C W33 其尺寸為 m9328013 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(jì)算 作用在心軸上的載荷按均布載荷計(jì)算 則最大彎矩為 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(jì)算 采用軸承為 22326 C W33 m93283 BDd kg5 28N 94 WCr 行星架轉(zhuǎn)速為 22 r min25 H 行星輪絕對(duì)轉(zhuǎn)速為 5 4 r min59 17r in3824167 591 gagzi 行星輪相對(duì)行星架的相對(duì)轉(zhuǎn)速為 5 5 r in264 105 9 Hgn 軸承壽命為 5 6 h56473092 8164 06013 0310 trHghFCnL 4 2 圓柱齒輪傳動(dòng)中間齒輪軸設(shè)計(jì) 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 中間軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑 為了與軸承相適應(yīng) 故需同時(shí) 選取軸承型號(hào) 因軸承既受軸向力 又受徑向力 所以選用圓錐滾子軸承 可以同時(shí)承受徑向 載荷及軸向載荷外圈可以分離 安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙 一般成對(duì)使用 根據(jù)最 小軸徑 108 39mm 查機(jī)械手冊(cè)選用初步選取標(biāo)準(zhǔn)圓錐滾子軸承型號(hào)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(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案 本設(shè)計(jì)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 23 圖 4 1 中間軸的結(jié)構(gòu)與裝配 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 故選用單列圓錐滾子軸承 參照工 作要求 查機(jī)械手冊(cè)選擇 0 基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30322 根據(jù)其基本尺寸確定 而 m1 VIIdm5 4 VIl 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定位 由手冊(cè)上查得 30322 型軸承的定位軸肩安 裝尺寸 因此取 軸環(huán)寬度42 ax 124 min baDd 136 VId 取 hb4 1 5 VIl 取安裝齒輪處的軸段 II III 的直徑 齒輪左端與左軸承之間m12 Id 采用套筒定位 已知齒輪輪轂的寬度為 135mm 為了使軸套筒端面可靠地壓緊齒輪 此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度 故取 30 Il 因?yàn)檩S段 III IV 處是齒輪軸段 故 lIV18 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離 考慮到箱體的鑄造誤差 在確定滾動(dòng)軸承m2 a 位置時(shí) 應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 s 取 s 10mm 已知滾動(dòng)軸承寬度 T 54 5mm 則 取整 90mm 89 5m 015 4 105 asTlI 至此 已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 3 軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接 按 查手冊(cè)得平鍵截面Id 鍵槽用鍵槽銑刀加工 由輪轂寬度再參考鍵的長(zhǎng)度系列 取m1832 hb 鍵長(zhǎng) L 110mm 略小于輪轂寬度 同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性 故 選擇齒輪轂與軸的配合為 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的 67nH 24 此處選軸的直徑尺寸公差為 m6 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考手冊(cè) 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(dòng)輸出軸的設(shè)計(jì) 4 3 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 8 m54 7108330min pAd 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑 為了與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào) 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 5 9 mN730314 2 TKAca 式中 工作情況系數(shù) 考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大 選用 2 3 A AK 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查手冊(cè) 選用 LZ6 YB80 172ca 型彈性柱銷聯(lián)軸器 公稱轉(zhuǎn)矩為 8000N m 半聯(lián)軸器與軸配合榖孔長(zhǎng)度 m172 L 4 3 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案 本設(shè)計(jì)的裝配方案在前面已經(jīng)分析 現(xiàn)選用如圖 4 2 所示的裝配方案 圖 4 2 輸出軸的結(jié)構(gòu)與裝配 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 25 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求 VII VIII 軸段左端需制出一軸肩 故取 VI VII 段的直徑 左端用軸端擋圈定位 按軸端直徑取擋圈直徑m90 VId D 92mm 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上 故 VII VIII 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些 現(xiàn)取 1L170 VIl 初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承主要受徑向力作用 而且要求輸平穩(wěn) 所以選用 圓柱滾子軸承和調(diào)心滾子軸承配合 可以承受較大徑向載荷同時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)心 允 許內(nèi)圈對(duì)外圈軸線偏斜量 1 5 2 5 參照工作要求并根據(jù) 查機(jī)械m90 VId 手冊(cè)中初步選取 0 基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列調(diào)心滾子軸承 22219 CCK W33 其基本尺寸為 m431795 BDd 故 而 VI VIl 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩定位 由手冊(cè)上查得 22219 C W33 型軸承定位軸肩高度 h 6mm 因此 取 107 VId 因?yàn)檩S段 III IV 為齒輪軸段 故取 m140 IVl 取軸段 I II 處與軸段 VI VII 處相同的軸承直徑 因此 參照m95 Id 工作要求 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓柱滾子 軸承 NU219E 其基本尺寸為 m5 12317m95 WFBDd 因此 又根據(jù)軸承安裝尺寸 選擇32 Il ax dm106in ad II III 段直徑為 108Id 軸承端蓋的總寬度為 20mm 根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于軸承加潤(rùn)滑脂的要 求 取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器左端間面間的距離 故取 30 l 50 VIl 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離 a 20mm 考慮到箱體的鑄造誤差 在確定滾動(dòng)軸 承位置時(shí) 應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 s 取 s 8mm 已知滾動(dòng)軸承寬度 參m24B 26 考中間軸總長(zhǎng)度 則 m06 283 asBlI m042 3140632 479 VIIIIVI lllL 至此 已初步確定了輸出軸的各段直徑和長(zhǎng)度 3 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接 按 查手冊(cè)得平鍵截面80 VId 鍵槽用鍵銑刀加工 長(zhǎng)為 140mm 半聯(lián)軸器與軸的配合為m142 hb 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的 此處選軸的直徑尺寸公差67kH 為 m6 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參照手冊(cè) 取軸端倒角為 2 45 軸肩處的圓角半徑為 R 2mm 或 R 1 6mm 4 4 輸入軸連接形式選擇及計(jì)算 考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入軸的安裝和拆卸麻煩 并且受重在載沖擊 所以輸入 軸采用脹緊連接 脹緊連接的主要用途是代替單鍵和花鍵的連接作用 以實(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的連接 用以負(fù)荷 其功能在使用中分脹緊與鎖緊兩大類 脹緊套在使用時(shí)通過(guò)高強(qiáng)度螺栓 的作用 使內(nèi)環(huán)與軸之間 外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生巨大的抱緊力 使內(nèi)環(huán)與軸之間產(chǎn) 生抱緊 常稱作鎖緊盤或鎖緊環(huán) 如 型 當(dāng)承受負(fù)荷時(shí) 靠脹緊套與機(jī)件7Z10 的結(jié)合力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩 軸向力或兩者的復(fù)合載荷 脹緊連接是一種新型傳動(dòng)連接方式 與一般過(guò)盈連接 有鍵連接相比 有許多 獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 1 使用脹套使主機(jī)零件制造和安裝簡(jiǎn)單 安裝脹套的軸和孔的加工不像過(guò)盈配 合那樣要求高精度的制造公差 脹套安裝時(shí)無(wú)需加熱 冷卻或加壓設(shè)備 只需將螺 栓按要求的轉(zhuǎn)矩?cái)Q緊即可 且調(diào)整方便 可以將輪轂在軸上方便地調(diào)整到所需位置 脹套也可用來(lái)連接焊接性差的零件 2 脹套的使用壽命長(zhǎng) 強(qiáng)度高 脹套依靠摩擦傳動(dòng) 對(duì)被連接件沒(méi)有鍵槽削弱 27 也無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 工作中不會(huì)產(chǎn)生磨損 3 脹套連接在超載時(shí) 將失去連接作用 可以保護(hù)設(shè)備不受破壞 4 脹套連接可以承受多重負(fù)荷 其結(jié)構(gòu)可以做成多種式樣 根據(jù)安裝負(fù)荷大小 還可以多個(gè)脹套串聯(lián)使用 5 脹套拆卸方便 且具有良好的互換性 由于脹套能把較大配合間隙的軸轂結(jié) 合起來(lái) 拆卸時(shí)將螺栓寧松 即可使被連接件容易拆開(kāi) 脹緊時(shí) 接觸面緊密貼合 不易銹蝕 也便于拆開(kāi) 輸入軸最小直徑計(jì)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(cè)選擇 48501 Z 型脹套 其基本尺寸為19JB 734 m230m48530 HLdDW 28 第 5 章 箱體及其他部件的設(shè)計(jì) 5 1 箱體設(shè)計(jì) 箱體是傳動(dòng)齒輪箱的重要零件 它承受來(lái)自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 反力 箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用 防止變形 保證質(zhì)量 箱體 的設(shè)計(jì)應(yīng)該按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的布局 加工和裝配 檢查以及維護(hù)等要求 來(lái)進(jìn)行 應(yīng)該注意軸承支撐和機(jī)座支承的不同方向的反力及其相對(duì)值 選取合適的 支承結(jié)構(gòu)和壁厚 增加必要的加強(qiáng)筋 同時(shí)加強(qiáng)筋的位置必須與引起箱體變形的作 用力方向一致 對(duì)于傳動(dòng)齒輪箱箱體材料選擇 采用鑄鐵箱體可以發(fā)揮其減震性 易于切削加工等特點(diǎn) 適于批量生產(chǎn) 常用的材料有球墨鑄鐵和其他的高強(qiáng)度鑄鐵 和其他高強(qiáng)度鑄鐵 設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)該避免壁厚突變 減小厚壁差 以免產(chǎn)生縮 孔和縮松等缺陷 在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單件小批量生產(chǎn)時(shí) 多采用的是焊接或焊接 與鑄造相結(jié)合的箱體 為減少機(jī)械加工過(guò)程中和使用中的變形 為防止出現(xiàn)裂紋 無(wú)論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)該進(jìn)行退火 時(shí)效處理 以消除內(nèi)應(yīng)力 為了方便裝 配和定期檢查齒輪的嚙合情況 在箱體上應(yīng)該設(shè)有觀察窗 機(jī)座一旁設(shè)有連體吊鉤 供起吊整臺(tái)齒輪箱 5 2 齒輪箱的密封 潤(rùn)滑 冷卻 5 2 1 齒輪箱的密封 齒輪箱軸伸部位的密封一方面應(yīng)能防止?jié)櫥屯庑?同時(shí)也能防止雜質(zhì)進(jìn)入箱 體內(nèi) 常用的密封分為非接觸式密封和接觸式密封兩種 1 非接觸式密封 非接觸式密封不會(huì)產(chǎn)生磨損 使用時(shí)間長(zhǎng) 軸與端蓋孔間 的間隙行程的密封 是一種簡(jiǎn)單的密封 間隙大小取決于軸的徑向跳動(dòng)大小和端蓋 孔相對(duì)于軸承孔的不同軸度 在端蓋孔或軸頸上加工出一些溝槽 一般是 2 4 個(gè) 形成所謂的迷宮 溝槽底部開(kāi)有回油槽 使外泄的油液遇到溝槽改變方向輸回箱體 中 也可以在密封的內(nèi)側(cè)設(shè)置甩油盤 阻擋飛濺的油液 增強(qiáng)密封效果 29 2 接觸式密封 接觸式密封使用的密封可靠 耐久 摩擦阻力小 容易制造 和裝拆 應(yīng)能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動(dòng)補(bǔ)償磨損 常用的旋轉(zhuǎn)用 唇形密封有多種方式 可按標(biāo)準(zhǔn)選取 密封部位軸的表面粗糙度 R 0 2 0 63 與密封 圈接觸的軸表面不允許有螺旋形機(jī)加工痕跡 軸端應(yīng)有小于 30 的導(dǎo)入角 倒角上不 應(yīng)有銳邊 毛刺和粗糙的機(jī)加工殘留 本次設(shè)計(jì)采用了以上的第二種密封方式 5 2 2 齒輪箱的潤(rùn)滑 冷卻 齒輪箱的潤(rùn)滑十分重要 良好的潤(rùn)滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用 為此 必須高度重視齒輪的潤(rùn)滑問(wèn)題 嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤(rùn)滑系統(tǒng)長(zhǎng)期處于最佳狀 態(tài) 齒輪箱常用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑 一般以強(qiáng)制潤(rùn)滑為多見(jiàn) 因此 配備可靠的 潤(rùn)滑系統(tǒng)尤為重要 在機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)中 齒輪泵從油箱將油液經(jīng)過(guò)濾油器輸送到齒 輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng) 對(duì)齒輪箱的齒輪和傳動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑 管道上裝有各種監(jiān)控裝置 確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)漏油 保持油液的清潔作業(yè)十分重要 即使是第 一次使用新油 也要經(jīng)過(guò)過(guò)濾 系統(tǒng)中除了主濾油器之外 最好加裝旁路濾油器輔 助濾油器 以確保油液的潔凈 對(duì)潤(rùn)滑油的要求應(yīng)考慮能夠起齒輪和軸承的保護(hù)作 用 此外好應(yīng)具備以下性能 1 減少摩擦和磨損 具有高強(qiáng)的承載能力 防止膠合 2 吸收沖擊和振動(dòng) 3 防止疲勞點(diǎn)蝕 4 冷卻 防銹 抗腐性 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪動(dòng)類型 其主要的失效形式是膠合與點(diǎn)蝕 故在 選擇潤(rùn)滑油時(shí) 重點(diǎn)是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強(qiáng)度 潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的散熱 器常用風(fēng)冷式的 有系統(tǒng)中的溫度傳感器控制 在必要時(shí)通過(guò)電控旁閥自動(dòng)打開(kāi)冷 卻回路 使油液先流經(jīng)散熱器散熱 再進(jìn)入齒輪箱 齒輪和軸承軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中他們實(shí)際都是非直接接觸的 這中間是靠潤(rùn)滑油 建成油膜 使其形成非接觸性的滾動(dòng)和滑動(dòng) 這是油起到了潤(rùn)滑的作用 雖然他們 是非接觸的滾動(dòng)和滑動(dòng) 但由于加工精度等原因使其轉(zhuǎn)動(dòng)中有相對(duì)的滾動(dòng)摩擦和滑 30 動(dòng)摩擦 這都會(huì)產(chǎn)生一定的熱 如果這些熱量在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有消除 勢(shì)必會(huì)越 積越多 最后導(dǎo)致高溫?zé)龤X輪和軸承 因此齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中必須用潤(rùn)滑 油來(lái)進(jìn)行冷卻 所以潤(rùn)滑油一方面其潤(rùn)滑作用 另一方面起冷卻的作用 對(duì)于齒輪箱 對(duì)于所有齒輪和軸承 我們都要采用強(qiáng)制潤(rùn)滑 原因有 1 強(qiáng)制潤(rùn)滑可以進(jìn)行監(jiān)控 而飛濺潤(rùn)滑是監(jiān)控不了的 從安全性考慮 采用強(qiáng) 制潤(rùn)滑 2 現(xiàn)在風(fēng)力機(jī)齒輪箱功率越來(lái)越大 其功率損耗也越來(lái)越大因此飛濺潤(rùn)滑已經(jīng) 滿足不了冷卻的作用這是需要進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑的 5 3 齒輪箱的使用安裝 齒輪箱的主動(dòng)軸與葉片輪的連接必須可靠緊固 輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)結(jié)時(shí) 應(yīng)采用合適的聯(lián)軸器 最好的彈性聯(lián)軸器 并串接起來(lái)保護(hù)作用的安全裝置 齒輪 箱軸線上和與之相連的部件的軸線應(yīng)保證同心 其誤差不得大于所選用的聯(lián)軸器的 齒輪箱的允許值 齒輪箱體上也不允許承受附加的扭轉(zhuǎn)力 齒輪箱安裝后用人工搬 動(dòng)應(yīng)靈活 無(wú)卡滯現(xiàn)象 打開(kāi)觀察窗蓋檢查箱體內(nèi)部機(jī)件應(yīng)無(wú)銹蝕現(xiàn)象 用涂色法 檢驗(yàn) 齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求 31 第 6 章 基于 Pro E 的三維設(shè)計(jì) 6 1 Pro E 軟件概述 Pro Engineer 操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一體 化的三維軟件 Pro Engineer 軟件以參數(shù)化著稱 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者 在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位 Pro Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣 是現(xiàn)今主流的 CAD CAM CAE 軟件之一 特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置 Pro Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的軟件名稱 但在中國(guó)用戶所使用的 名稱中 并存著多個(gè)說(shuō)法 比如 ProE Pro E 破衣 野火等等都是指 Pro Engineer 軟件 proe2001 proe2 0 proe3 0 proe4 0 proe5 0 creo1 0 creo2 0 等等都是指軟 件的版本 Pro E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念 并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相 關(guān)性問(wèn)題 另外 它采用模塊化方式 用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇 而不必 安裝所有模塊 Pro E 的基于特征方式 能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起 實(shí)現(xiàn) 并行工程設(shè)計(jì) 它不但可以應(yīng)用于工作站 而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上 Pro E 采用了 模塊方式 可以分別進(jìn)行草圖繪制 零件制作 裝配設(shè)計(jì) 鈑金設(shè)計(jì) 加工處理等 保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言 我們可以把它看成幾何模型 而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型 都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征 而每一種構(gòu)成特征 都可以用有限的參數(shù)完全 約束 這就是參數(shù)化的基本概念 但是無(wú)法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特 征的功能去生成模型 如腔 殼 倒角及圓角 您可以隨意勾畫草圖 輕易改變模 型 這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活 3 單一數(shù)據(jù)庫(kù) 全相關(guān) 32 Pro Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上 不像一些傳統(tǒng)的 CAD CAM 系 統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上 所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù) 就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù) 使 得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作 不管他是哪一個(gè)部門的 換言之 在 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng) 亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 例如 一旦工程詳圖有改變 NC 數(shù)控 工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新 組裝工程圖如有 任何變動(dòng) 也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上 這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的 完整的結(jié)合 使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái) 這一優(yōu)點(diǎn) 使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化 成品質(zhì) 量更高 產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng) 價(jià)格也更便宜 Pro Engineer 是軟件包 并非模塊 它是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù) 化功能定義 實(shí)體零件及組裝造型 三維上色 實(shí)體或線框造型 完整工程圖的產(chǎn) 生及不同視圖展示 三維造型還可移動(dòng) 放大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個(gè) 功能定義系統(tǒng) 即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽殼 Shells 等 采用這種手段來(lái)建立 形體 對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然 更直觀 無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式 這系統(tǒng) 的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸 不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù) 值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系 任何一個(gè)參數(shù) 改變 其他相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正 這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化 更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機(jī) Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件 諸如 有限元分析及后置處理等 這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn) 用戶更可配上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語(yǔ)言編程 以增強(qiáng)軟件的功能 它在單 用戶環(huán)境下 沒(méi)有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計(jì)能力 組裝能力 運(yùn)動(dòng)分析 人機(jī)工程分析 和工程制圖能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn) 并且 支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形 輸出 Pro Engineer 功能如下 1 特征驅(qū)動(dòng) 例如 凸臺(tái) 槽 倒角 腔 殼等 2 參數(shù)化 參數(shù) 尺寸 圖樣中的特征 載荷