風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的分析

風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的分析摘要：伴隨著國(guó)際能源市場(chǎng)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(shí)對(duì)生存的環(huán)境不會(huì)造成傷害，風(fēng)電行業(yè)被重新重視起來(lái)。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(chǎng)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(guò)程中占有舉足輕重的地位。但由于國(guó)內(nèi)風(fēng)電齒輪箱技術(shù)設(shè)計(jì)較緩慢，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料工藝相對(duì)薄弱，尤其是23MW級(jí)風(fēng)機(jī)齒輪箱，主要依靠引進(jìn)國(guó)外的設(shè)計(jì)技術(shù)。因此，國(guó)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(jì)選取行星傳動(dòng)或平行軸傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)每級(jí)齒輪的最大載荷系數(shù)，計(jì)算確定各級(jí)傳動(dòng)的齒輪參數(shù)，對(duì)行星齒輪的傳動(dòng)進(jìn)行受力分析，得出各級(jí)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(jì)算結(jié)果，確定各級(jí)的傳動(dòng)比及齒輪參數(shù)，并對(duì)疲勞點(diǎn)蝕、輪齒折斷等安全性條件進(jìn)行核準(zhǔn)。然后，對(duì)齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算，先利用常規(guī)算法進(jìn)行理論分析計(jì)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(jì)1.引言1.1課題來(lái)源隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，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(guó)家逐步認(rèn)識(shí)到，一個(gè)持續(xù)發(fā)展的國(guó)家將是一個(gè)既能滿足社會(huì)生產(chǎn)消費(fèi)的需要，而又不會(huì)對(duì)子孫后代造成傷害的社會(huì)。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(dòng)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(duì)引進(jìn)的兆瓦級(jí)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(duì)齒輪箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電機(jī)組和主傳動(dòng)齒輪箱打下基礎(chǔ)。1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢(shì)：（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(chǎng)的實(shí)際占地面積，減少風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，從而提高風(fēng)電產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)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(duì)較高轉(zhuǎn)速；在低風(fēng)速段，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在相對(duì)較低轉(zhuǎn)速上。其優(yōu)點(diǎn)是主控系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shí)常處于風(fēng)能利用系數(shù)低的狀態(tài)，風(fēng)資源無(wú)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(duì)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(gè)極對(duì)數(shù)電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，除去故障率較高的齒輪箱，在低風(fēng)速段時(shí)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(zhǎng)較塊，但由于技術(shù)和成本等方面的不足，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組還將在市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展趨勢(shì):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(guó)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(dòng)部件，主要功能是將風(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(chǎng)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(guó)家主要有美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在風(fēng)電行業(yè)中處于優(yōu)先地位。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開發(fā)出單機(jī)容量為兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)組，并且技術(shù)相對(duì)成熟，具有完善的設(shè)計(jì)理論和豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，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(guò)程中采用三維造型設(shè)計(jì)、有限元分析、仿真計(jì)算、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)模擬流體力學(xué)等先進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)模擬計(jì)算和軟件試驗(yàn)測(cè)試對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。國(guó)外還通過(guò)理論分析及試驗(yàn)測(cè)試對(duì)風(fēng)電齒輪箱及傳動(dòng)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(jì)提供了可靠的依據(jù)。盡管國(guó)際上齒輪箱設(shè)計(jì)技術(shù)比較成熟，但統(tǒng)計(jì)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(guó)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(guó)家存在差距。我國(guó)在九五期間開始走引進(jìn)技術(shù)的方法，通過(guò)引進(jìn)和吸收國(guó)外成熟的技術(shù)，成功研發(fā)出了兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)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(shì)及各個(gè)國(guó)家對(duì)風(fēng)力發(fā)電的重視程度。風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)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(jì)過(guò)程，及設(shè)計(jì)計(jì)算、校核等。設(shè)計(jì)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(jì)方法，并結(jié)合資料完成風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的設(shè)計(jì)、校核、及優(yōu)化的一系列工作。設(shè)計(jì)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(jì)方法，并結(jié)合齒輪設(shè)計(jì)的專業(yè)書籍完成風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)、校核等工作。關(guān)于行星輪系的傳動(dòng)比及齒輪的計(jì)算，會(huì)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(jì)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(jì)算，按3倍額定功率計(jì)算靜強(qiáng)度＞1.0,內(nèi)齒輪不低于7級(jí)，外齒輪制造精度等級(jí)不低于6級(jí)，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(jì)風(fēng)電齒輪箱的方案設(shè)計(jì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主傳動(dòng)齒輪箱位于風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間，是一種無(wú)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(dòng)裝置，齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)軸系中一個(gè)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(jì)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(shí)要考慮便于維護(hù)的特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的技術(shù)參數(shù)，采用CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)，按照排定的最佳傳動(dòng)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(rùn)滑、冷卻和監(jiān)控系統(tǒng)。不同功率等級(jí)的齒輪箱采用不同的傳動(dòng)形式，在20世紀(jì)80年代，平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)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(dòng)和行星與平行軸結(jié)合的傳動(dòng)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(dòng)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(duì)于國(guó)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(jì)方案，其傳動(dòng)比在100以上，主要以兩級(jí)行星和一級(jí)平行軸為主要的傳動(dòng)形式。相對(duì)于平行軸傳動(dòng)，行星傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、體積小、重量輕、制造精度高；傳動(dòng)功率范圍廣，實(shí)現(xiàn)了功率分流；共軸傳動(dòng)，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(dòng)能力好；但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比定軸傳動(dòng)復(fù)雜，對(duì)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(duì)潤(rùn)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(rùn)滑的結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提供的技術(shù)參數(shù)，III類風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)比i=114.65，采用兩級(jí)行星和一級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)。為保證齒輪箱功率分流，行星傳動(dòng)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(shí)可降低齒輪的制造精度，降低制造成本。對(duì)于單排三行星或四行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu)件浮動(dòng)。由于太陽(yáng)輪重量輕，慣性小，作為均載機(jī)構(gòu)時(shí)浮動(dòng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；并用于中低速工況下浮動(dòng)載荷，效果比較顯著。太陽(yáng)輪主要采用浮動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)載荷的均載。本文介紹的兩級(jí)行星傳動(dòng)均以太陽(yáng)輪浮動(dòng)，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(jí)行星和一級(jí)平行軸傳動(dòng)形式國(guó)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(guó)外的設(shè)計(jì)為主，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的主流機(jī)型為兩級(jí)行星+一級(jí)平行軸傳動(dòng)。這種齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式如下圖2所示。一級(jí)齒圈、二級(jí)齒圈的模數(shù)較大，采用一二級(jí)齒圈固定傳動(dòng)形式，行星架與主軸用花鍵或過(guò)盈配合聯(lián)接，齒圈采用滲氮或調(diào)制處理；行星輪、太陽(yáng)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(guò)行星輪、太陽(yáng)輪的浮動(dòng)實(shí)現(xiàn)均載；均載系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)及工藝文件的制定來(lái)確定。齒輪箱潤(rùn)滑采用飛濺和強(qiáng)制潤(rùn)滑的方式，提高了齒輪箱的傳動(dòng)效率和機(jī)械效率；同時(shí)齒輪箱重量較大，對(duì)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的振動(dòng)影響較大。圖2行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式為ibaH=1+Zb/ZaiabH=1+Za/ZbiHab=-Zb/Za求行星傳動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)的傳動(dòng)比按照上述公式進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行傳動(dòng)比的計(jì)算過(guò)程中，還需滿足下列的計(jì)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(duì)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(guò)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(shí)為奇數(shù)或偶數(shù)，才能滿足上述式子的要求。對(duì)于角度變位齒輪傳動(dòng)，表示為：(Za+Zc)/cosa=(Zb-Zc)/cosb，a、b分別為兩對(duì)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(gè)數(shù)nW=3必須滿足裝配條件，以上圖為例，若行星傳動(dòng)共有3個(gè)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(shí)，行星輪方可順利進(jìn)行安裝，依次對(duì)3個(gè)行星輪進(jìn)行安裝，行星輪轉(zhuǎn)過(guò)的中心角度C必須等于中心輪a轉(zhuǎn)過(guò)C個(gè)齒所對(duì)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(dòng)不同的位置，該輪系的傳動(dòng)比為：iaH=na/nH=Ca/CH=1+Zb/Za；經(jīng)過(guò)變換公式，得到下列式子：Cnw/Za=1+Zb/Za經(jīng)過(guò)整理得到下列式子：(Za+Zb)/nw=C(整數(shù))因此，得到下列結(jié)論：?jiǎn)闻判行禽唫鲃?dòng)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(shí)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(jì)算結(jié)果不滿足鄰接條件時(shí)，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(dòng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)：如上圖所示的2k型差動(dòng)輪系中，設(shè)3個(gè)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(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)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(guò)移項(xiàng)得到下列的表達(dá)式：1—ibaH=iHab=1/iHba對(duì)于高速重載齒輪的傳動(dòng)，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(jì)任務(wù)中適當(dāng)調(diào)整。配齒計(jì)算根據(jù)下表確定行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比：注：表中數(shù)值在良好設(shè)計(jì)的條件下，單級(jí)傳動(dòng)比可能達(dá)到的范圍，在一般設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)比若接近極限值時(shí)，通常需要進(jìn)行鄰接條件的驗(yàn)算。對(duì)于非變位或高度變位傳動(dòng)，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(duì)于等角度變位，與上述計(jì)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(dòng)柔性軸傳動(dòng)技術(shù)起源于英國(guó)，風(fēng)電齒輪箱的柔性軸傳動(dòng)由英國(guó)ORBITAL2公司設(shè)計(jì)，用柔性銷軸支撐在單臂行星架的輸出端，通過(guò)柔性軸的變形，較好實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電齒輪箱一級(jí)（6個(gè)）行星輪、二級(jí)（4個(gè)）行星輪在齒寬方向的均載；與常規(guī)的風(fēng)電齒輪箱傳動(dòng)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(jì)者確定，且距離保持不變；而柔性軸傳動(dòng)，允許行星軸的軸線處于撓度允許的變化范圍內(nèi)。且整個(gè)齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊，齒圈、行星輪、太陽(yáng)輪采用圓柱直齒輪傳動(dòng)，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(yáng)輪采用滲碳、淬火處理，第一級(jí)、第二級(jí)采用差速傳動(dòng)，第三級(jí)傳動(dòng)采用平行軸傳動(dòng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，提高了齒輪箱的傳動(dòng)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(dòng)的剖面結(jié)構(gòu)下圖4所示:圖5行星輪載荷測(cè)量結(jié)果隨著風(fēng)電齒輪箱技術(shù)不斷發(fā)展，傳動(dòng)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(dòng)，將對(duì)齒輪和軸承的外圈進(jìn)行集成，隨著傳動(dòng)功率的不斷提高，行星輪的數(shù)量不斷增加，對(duì)齒輪和軸承的加工精度及潤(rùn)滑等提出更加嚴(yán)格的要求。目前，國(guó)外的風(fēng)電齒輪箱技術(shù)主要有英國(guó)Orbital2、romax、德國(guó)renk公司、比利時(shí)漢森公司產(chǎn)品。主要的技術(shù)流派還是以行星傳動(dòng)為主，只有ORBITAL2、vikof等公司采用柔性銷的傳功方案，其余設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)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(dòng)要求。圓柱減速齒輪箱的設(shè)計(jì)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，結(jié)合自己的實(shí)際能力，設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)方案及計(jì)算和校核。功率為5kW,全部采用平行軸傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)比為i1=4，第二級(jí)傳動(dòng)比i2=3.17，設(shè)計(jì)壽命為10年。選定齒輪類型、精度等級(jí)、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(jí)為8級(jí)；3） 齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算：首先，計(jì)算第三級(jí)高速軸傳動(dòng)的齒輪參數(shù)：輸入功率P=5kW，輸出軸轉(zhuǎn)速為1440r/min,傳動(dòng)比i=12.68,工作壽命為10年。選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)；1） 選定斜齒圓柱齒輪；2） 齒輪的精度等級(jí)為8級(jí)；3） 材料為45#，熱處理工藝為表面淬火處理；4） 初選第一級(jí)傳動(dòng)比為i1=4，第二級(jí)傳動(dòng)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(jì)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(jì)算：m=12.5a——齒輪傳動(dòng)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??；?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(jì)算系數(shù)；YFS—一力作用于齒頂時(shí)的復(fù)合齒形系數(shù)；按大小齒輪的實(shí)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(jì)算；根據(jù)第一級(jí)傳動(dòng)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(guò)計(jì)算，第一級(jí)輸入軸m1>1.25，根據(jù)設(shè)計(jì)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(guò)計(jì)算d1>29.7mm；根據(jù)設(shè)計(jì)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(guò)計(jì)算a1>44.64mm,根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸要求選擇a1=108mm；然后計(jì)算第二級(jí)傳動(dòng)的輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)比i2=3.17，按照參考資料選取第二級(jí)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(guò)計(jì)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(guò)計(jì)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(jì)，暫不考慮中心距的變動(dòng)，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(dòng)過(guò)程中進(jìn)行受力計(jì)算，并根據(jù)受力結(jié)果，保證斜齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中受力均勻，及承受徑向力，同時(shí)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(shí)提供軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算，暫不提供齒頂修緣和齒面修形計(jì)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(jí)外嚙合靜強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)要求，按額定功率計(jì)算靜強(qiáng)度（因其余嚙合齒輪副的計(jì)算步驟、結(jié)論與此相似，在此，僅以低速級(jí)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(jì)算，K=1.3;計(jì)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(dòng)與平行軸傳動(dòng)的特點(diǎn)，選取平行軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，與風(fēng)電齒輪箱的第三級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)相同，但計(jì)算不同。齒輪箱的密封、潤(rùn)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(gè)頭痛的問(wèn)題，一方面能要密封牢靠，防止齒輪箱潤(rùn)滑油外泄，同時(shí)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(dòng)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(huì)產(chǎn)生磨損，使用的時(shí)間較長(zhǎng)。軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡(jiǎn)單的密封。主要采用迷宮式密封，要求軸承內(nèi)圈隨高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈與箱體保持靜止，間隙的大小根據(jù)設(shè)計(jì)軸的徑向跳動(dòng)公差大小和軸承端蓋相對(duì)于軸承孔的同軸度公差來(lái)確定，在軸承端蓋或定位套上加工出一些溝槽，一般2-4個(gè)，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(rùn)滑油的外泄，同時(shí)，將齒輪箱做功過(guò)程中產(chǎn)生的熱量帶走。齒輪箱的潤(rùn)滑和冷卻齒輪箱的潤(rùn)滑非常重要，由于潤(rùn)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(rùn)滑油全部采用低溫X320潤(rùn)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(huì)發(fā)生反應(yīng)。良好的潤(rùn)滑對(duì)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(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)，齒輪箱常采用飛濺+強(qiáng)制潤(rùn)滑的方式，絕大多數(shù)以強(qiáng)制潤(rùn)滑為主；在機(jī)組的潤(rùn)滑系統(tǒng)中，機(jī)械泵和電動(dòng)泵從副油箱將油液吸出，匯合后經(jīng)過(guò)過(guò)濾器（過(guò)濾精度10-50um）輸送到齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)中，對(duì)齒輪箱的齒輪及傳動(dòng)件進(jìn)行冷卻和潤(rùn)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(guò)程中不會(huì)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(guò)過(guò)濾，系統(tǒng)中除了主濾油器之外，還加裝旁路濾油裝置，過(guò)濾精度為5um，以確保油液的清潔，對(duì)潤(rùn)滑油的要求應(yīng)考慮能夠起對(duì)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(dòng)；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(dòng)，其主要失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤(rùn)滑油時(shí)，保證有足夠的潤(rùn)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(rùn)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(shí)，潤(rùn)滑油直接經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入齒輪箱起到潤(rùn)滑的作用，當(dāng)齒輪箱的溫度到達(dá)60°C齒輪油經(jīng)過(guò)油冷風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，油冷風(fēng)扇設(shè)置雙速，當(dāng)潤(rùn)滑油溫度達(dá)到65°C，油冷風(fēng)扇高速檔開啟，加速潤(rùn)滑油的冷卻，在油溫>45°C，潤(rùn)滑油主要起到冷卻作用，通過(guò)電路旁路溫控閥自動(dòng)