齿轮箱设计报告大学论文

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减速齿轮箱设计范文

减速齿轮箱设计范文

减速齿轮箱设计范文
一、齿轮箱的主要结构特点
1、齿轮箱是一种机械传动装置,是将高速异径轴的转速降低的装置,可以将输入动力转换为输出动力,输出轴的转速、扭矩、转向和功率可以
得到改变,以满足使用机器的要求。

2、减速齿轮箱的结构一般由机械动力转换部分、传动配合部分和外
壳三部分组成,其中机械动力转换部分主要由有限档位的减速机、工作链、轴、轴承组成;传动配合部分主要由齿轮、止动器组成;外壳用于保护内
部机械动力转换部件,以及外部环境,还可以起到传动动力的作用。

二、齿轮箱的设计过程
1、齿轮箱设计的首要任务是根据机器使用的要求,综合考虑体积、
重量、刚度、受力、制造工艺等因素,确定减速齿轮箱的类型、规格及参数,记录确定结果。

2、分析减速齿轮箱的技术要求,分析齿轮箱的转矩、行程、转速及
转向等参数,以便确定所采用减速机的类型及规格。

3、设计齿轮箱的外壳,外壳的设计是根据减速机、齿轮、轴承、支
座及附件的位置、尺寸及受力分析、接箍及孔位的连接件、密封件等确定的,以满足其刚度、强度、散热、防护及装卸、维修要求。

4、确定减速齿轮箱的内外传动装置及参数。

齿轮箱的优化设计

齿轮箱的优化设计

文章编号:100926825(2008)2120341203齿轮箱的优化设计收稿日期:2008203213作者简介:孟 丽(19792),女,助理工程师,河北冀东水泥集团有限责任公司,河北唐山 063000孟 丽摘 要:以齿轮箱的体积最小作为目标,对减速齿轮箱进行了优化设计,从而使齿轮箱在保证承载能力和使用寿命的前提下达到结构紧凑的目的,可供齿轮箱设计人员参考借鉴。

关键词:优化设计,结构紧凑,齿轮箱中图分类号:TU602文献标识码:A 齿轮箱是一种应用极为广泛的机械部件,而且规格较多,产量很大。

对其进行合理设计是十分必要的。

在工程设计中优化设计是将设计问题转化为最优化问题。

借助计算机的高速运算与逻辑判断功能,从满足设计要求的一切可行方案中,按照预定的目标,利用计算机对其进行优化设计可以提高设计质量,加快设计速度,减轻设计人员的劳动强度,更有利于深入研究齿轮箱的设计。

1 设计系统一般工程实际问题的分析计算,都需要把工程实际问题抽象成便于运用数学手段处理———建立数学模型的工作。

优化设计的建模工作,既要考虑工程问题的物理模型,还要考虑优化设计本身的特点。

因此,它的内容和形式都有特定的要求。

文中主要是对中速磨煤机齿轮箱的优化设计,用于火电厂的中速磨煤机采用了ZS J 22800型齿轮箱。

该齿轮箱由一对斜齿圆锥齿轮和两对斜齿圆柱齿轮组成。

在传动比相同的情况下,斜齿轮较之直齿轮具有承载力高,运转平稳,噪声低等优点。

由于中速针对这个问题,我们在签订合同时规定了在租用期机械完好率必须达到90%以上,否则只付50%的租金。

修理中我们积极协作,提供各种方便以使故障机械尽快恢复,或重新租用机械。

4.2 机械人员不负责,造成达不到工程质量要求或者偷懒延误工期租用机械随机操作员,都是国营单位职工和私人老板雇用的操作者。

他们单位领导和老板不在工地现场,租金又是按天或台班计算,导致不讲质量混时间。

例如振动压路机操作员操作时,发动机低速运转,不加油门,或挂高速挡快压或错轮过大,造成压实度多处不合格,或者夜晚加班时,开着发动机空挡运转打瞌睡。

风力发电机齿轮增速箱毕业设计

风力发电机齿轮增速箱毕业设计

摘要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣,风电齿轮箱作为风电机组的核心部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。

但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚,技术薄弱,特别是兆瓦级风电齿轮箱,主要依靠引进国外技术。

因此,急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究,真正掌握风电齿轮箱设计制造技术,以实现风机国产化目标。

本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱,通过方案的选取,齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。

1)根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性,对其载荷情况进行了分析研究,确定齿轮箱的机械结构。

选取两级行星派生型传动方案,在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数,齿数,螺旋角等的确定;通过计算,确定各级传动的齿轮参数;选择适当的齿轮。

2)对行星齿轮传动进行受力分析,得出各级齿轮载荷结果。

依据标准进行静强度校核,结果符合安全要求。

3)绘制CAD装配图,并确定恰当合理参数。

关键词:风电齿轮箱;风力发电;结构设计。

ABSTRACTThe rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry.As the core component of wind turbine,the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad.However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late,technology is weak,especially in the gearbox for MW wind turbine,which mainly relied on the introduction of foreign technology.Therefore,it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox,and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization.1)The load Cases of gearbox for wind turbines ale analyzed,and the interrelation of loading cycle numbers under different torque levels is deduced according to the curve of materials’fatigue.the mechanical structure of gearbox is determined.The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected.The gear parameters of every stage transmission is calculated.,and the force analysis results is obtained.2)the static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standard.The result shows that it is accord with safety requirements.3)Draw CAD drawings, and determine appropriate reasonable parameters.KEYWORDS:Gearbox for Wind Turbine;the wind power;Structure Design.目录第一章前言错误!未定义书签。

毕业设计-齿轮模拟故障试验台设计——齿轮箱设计

毕业设计-齿轮模拟故障试验台设计——齿轮箱设计

毕业设计-齿轮模拟故障试验台设计——齿轮箱设计齿轮模拟故障试验台设计??齿轮箱设计摘要:齿轮模拟故障实验台,能够方便地模拟齿轮设备的典型故障,方便了科研人员进行故障诊断方法的研究验证过程,也为齿轮的故障诊断提供依据,节省了科研人员花费在布置实验的时间和精力。

该实验台还可用于教学实践中,提高学习认知水平。

设计齿轮模拟故障实验台就显得非常有必要。

本文通过了解国内外齿轮模拟故障实验台的模拟器结构设计的现状,设计了一种能模拟6种典型故障的齿轮模拟实验台,操作者能在运行中能连续观察齿轮从正常到发生故障的信号变化过程和故障齿轮啮合的合成信号。

本文完成了模拟器的总体方案分析和设计;重点计算了减速箱的结构尺寸、齿轮的几何参数和精度等级;设计了输入花键轴、输出花键轴、中间轴的结构尺寸,并进行了强度校核和精确校核;估算了各轴承的工作寿命,并校核了花键、平键强度。

关键词:齿轮;减速箱;设计;故障;模拟科Gear Simulated FailureTest Platform Design- - Gear Box DesignAbstract: Gear simulated failure test platform can be representative of the equipment failure being easy for research personnel to carry on diagnosis study and the validation processAlso it provides accordance for the diagnoses of failure gear. At the same time, it helps scientific research personnel in the experiment of time and energy. The experimental stage also can be used in teaching practice and improve the level of cognition. Therefore, it is very necessary to design a gear simulated failure test platform.By learning the process of structural design of an emulator which is one part of gear simulated failure test platform, I have designed a simulation of six kinds of representative of the experiment in this article. Operators can observe consecutively the signal of the gear from normal to the wrong and the synthesis signal of the two meshing gear. This paper completed the general scheme analysis and design calculations of the simulator, designed the sizes of the gear box, the structure of the geometry of the parameters and precision level and calculated the structure parameters of the enter shaft, the output axis and the intermediate shaft. Then, I check the strength and carry on the precisely core size. At last, I estimated the working life of all the bearings checked the strength of all keys.Key words: gear; decelerator; design; breakdown; simulation目录1 绪论 11.1 齿轮模拟故障实验台的设计意义 11.2 国内外齿轮故障模拟实验台的发展概况 11.3 工作内容与设计方法 22 减速器设计42.1 总体方案设计 42.2 初步确定减速器结构和零部件类型 52.3 定传动方案 62.3.1 选择电机 62.3.2 确定传动比和分配传动比 62.3.3 计算运动和动力参数 62.4 减速器结构72.4.1 高速级齿轮设计计算级结构说明72.4.2 低速级齿轮设计计算级结构说明82.4.3 减速器附件的名称、位置和作用11 2.5 齿轮的结构设计及精度选择112.5.1 小花键齿轮112.5.2 双联齿轮132.5.3 三联齿轮172.5.4 大花键齿轮212.5.5 齿轮传动系统的传动特性232.6 铸铁减速器机体结构尺寸243 轴的结构设计与校核273.1 材料选择273.2输入轴结构设计与校核273.3 中间轴结构设计与校核313.4 输出轴结构设计与校核384 滚动轴承的校核444.1 输入轴上滚动轴承校核444.2 中间轴上滚动轴承校核444.3 输出轴上滚动轴承校核445 键的选择与校核465.1 平键的选择与校核465.1.1 输入轴上键的选择与校核46 5.1.2 中间轴上键的选择与校核46 5.1.3 输出轴上键的选择与校核47 5.2 花键的选择与校核475.2.1 输入轴上花键的强度计算47 5.2.2 输出轴上花键的强度计算48 5.3 注意事项48结论49参考文献错误!未定义书签。

机械毕业设计450齿轮箱故障诊断实验研究毕业设计

机械毕业设计450齿轮箱故障诊断实验研究毕业设计
e)交叉诊断
齿轮箱是一个复杂的系统,包括齿轮的啮合传动,轴和轴承的周期转动。齿轮的啮合传动本身就是一个很复杂的过程。出现故障往往不是单一的因素引起的。一般来说,对于一如果只是想发现有无故障,只要根据诊断对象可能产生的故障,选择一种最好的检测仪器和最佳的检测方法就可能获得故障信息。但如果要想全面地了解故障的类型、性质、产生部位和可能发展的趋势以及决定要采取的维修策略,就必须从不同的角度,采用不同的方法去捕捉不同的故障现象,并根据不同的故障现象可能反映出的故障进行交叉判断,它们的交叉点就可能是需要确定的故障,这就是交叉诊断。如同一种机械故障可能表现多种征兆(故障现象),如轴承的滚道或某个弹子碎裂,也就可能表现振动现象的明显变异或轴承座温度的增高等等。这就是说,对于同一种故障可用或需要用不同的方法去诊断,因为是从不同诊断信号、不同的方面进行诊断的,因此又称为综合诊断。
a)声振诊断
利用振动和声音信息进行故障诊断,是目前最常用的诊断手段。由于机械振动及其引起的声波在不同程度上反映出的机械特性和它们所处的工作状态,往往含有丰富的故障信息。过去往往只是靠人民的主观感觉,即听觉和触觉来感受这种振动和声音,从其差异中凭经验来判断可能产生的故障,这就是最简易的声振故障判断方法。近年来,随着非电测量技术,信号处理判断技术以及计算机技术的发展,将声振监测和诊断技术推向了一个新的水平。一般来说,我们将利用振动测量和噪声测量,及它们的分析结果来识别机械设备的故障诊断方法统称为声振诊断。有时候又将这一诊断技术分开阐述为振动诊断技术和声音诊断技术。本文所做的实验研究,即是利用齿轮箱的振动信号进行诊断研究的。
b)直接诊断和间接诊断
直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来确定齿轮箱所处的状态,例如轴承的间隙、齿轮的磨损、轴的裂纹等。直接诊断具有迅速可靠的特点,但有时因受到结构或工作条件的限制而无法实现。而间接诊断则是通过齿轮箱运行中的二次信息来间接判断关键零部件的状态变化和故障情况,例如通过润滑油的中的铁屑来反映齿轮的有无磨损及磨损程度。

毕业设计(论文)-犁刀变速齿轮箱体夹具设计

毕业设计(论文)-犁刀变速齿轮箱体夹具设计

本科生毕业设计论文题目:犁刀变速齿轮箱体夹具设计专业:机械设计制造及其自动化班级: 161803学号: 082312姓名:樊晨指导教师:吴小玲2012年 6 月任务书一.题目犁刀变速齿轮箱体夹具设计二.指导思想和目的要求综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能解决工程实际问题的能力,使学生进一步受到工程设计和科学研究方法的基本训练,培养学生正确运用工程运算和使用技术文献、规格资料的能力;培养学生掌握工艺过程设计和工艺装备设计等的设计方法;培养学生简明精确地表达设计思想的能力-制图、撰写论文与答辩等的能力。

通过毕业设计,使学生初步掌握工程技术的设计能力、解决问题的能力三.主要技术指标1.对犁刀变速齿轮箱体的零件图进行工艺分析并绘制零件图;2.选择毛坯类型;3.编写工艺文件;4.设计铣床夹具,用AutoCAD绘图,对所设计的专用夹具进行精度分析5.撰写论文。

四.进度和要求第一阶段查阅及消化有关资料 1周第二阶段绘制零件图及选择毛坯类型 1周第三阶段编写工艺文件 3周第四阶段设计铣床夹具 4周第五阶段撰写论文 4周第六阶段评阅、答辩 1周学生 __樊晨___ 指导教师 __吴小玲_ __ 系主任 _ ____目录目录 (I)摘要 ......................................................... - 1 - ABSTRACT ....................................................... - 1 - 前言 ......................................................... - 2 - 第1章犁刀变速箱体工艺设计 (1)1.1分析零件图 (1)1.2确定生产类型 (1)1.3确定毛坯 (1)第2章机械加工工艺过程设计 (3)2.1机械加工工艺过程设计 (3)2.2选择加工设备与工艺装备 (5)2.3选择加工设备与工备 (6)2.4确定切时间定额 (8)3.5填写工艺规程卡 (12)第3章机床总体设计 (12)3.1机床总体设计 (12)3.2组合机床工艺分析 (13)3.3主轴的设计与计算 (18)4夹具设计 (22)4.1机床夹具概述 (22)4.2定位支撑系统 (22)4.3夹紧机构 (23)结论 (26)参考文献 (25)致谢 (26)附录一:外文资料翻译 (27)摘要摘要:本次设计完成了犁刀变速齿轮箱体的加工工艺的确定及钻夹具、铣夹具的设计,采用模块化的设计思想,从零件的多方面分析,快速将需要的模块联系在一起组成一个整体。

高速齿轮增速箱设计

高速齿轮增速箱设计

本科毕业设计(论文) 题目:高速齿轮增速箱设计院(系):工业中心专业:机械设计制造及其自动化班级:106001班学生:姚月学号:*********指导教师:***2014年06月本科毕业设计(论文) 题目:高速齿轮增速箱设计院(系):工业中心专业:机械设计制造及其自动化班级:106001班学生:姚月学号:*********指导教师:***2014年06月西安工业大学毕业设计(论文)任务书院(系)工业中心专业机械设计制造及其自动化班106001 姓名姚月学号1002101301.毕业设计(论文)题目:高速齿轮增速箱设计2.题目背景和意义:高速齿轮增速箱用于光纤地面模拟放线试验台,是该试验台的核心部件,用于将交流变频电机的输出额定同步转速3000r/min增加到工作台主轴所需的18000r/min,并且有较为严格的转动惯量限制,其可靠性和稳定性直接决定了试验台的可靠性。

由于高速运动,一旦发生故障将会产生及其严重的后果,因此该增速箱的设计在试验台中具有重要意义,同时高速齿轮箱作为通用传动机构,在工程中有着广泛的应用范围。

3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标):(1)对使用工况分析,依据原始数据确定增速箱的传动比、级数、润滑方式、结构形式等总体参数;(2)设计主要零件如齿轮、轴、轴承、箱体等;(3)润滑系统设计。

主要技术指标:输入转速:3000r/min,输出速度:18000r/min,输出功率:55KW,过载倍数,2.0,高速轴转动惯量≤0.0005Kg.m2;低速轴的转动惯量(含齿轮)≤0.0096Kg.m2。

4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):基本要求:完成增速箱的设计、全套图纸的绘制、润滑系统设计及图纸。

从2013年12月25日开始毕业设计,在校内完成本设计。

5.毕业设计(论文)的工作量要求设计说明书数字不少于1.0万字。

①实验(时数)*或实习(天数):②图纸(幅面和张数)*:折合A0工程图3张。

齿轮箱论文

齿轮箱论文

风电机组齿轮箱故障分析(生产部/中广核内蒙古分公司,孙武)摘要:随着人口的增长和全球经济的发展,一次能源消耗量不断增加,致使人类面临着能源利用和环境保护两方面的压力。

风能作为一种蕴藏量丰富的清洁可再生能源,越来越受到世界各国的重视。

近几十年来,风力发电技术取得了突飞猛进的发展,由于风电产业的飞速发展,促成了风电装备制造业的繁荣,而风电齿轮箱作为风电机组中最重要同时也是故障率非常高的部件之一,倍受国内外风电研究机构的关注。

本文分别从齿轮、轴承、轴的失效形式,齿轮箱润滑和齿轮箱设计、振动等方面分析了齿轮箱的故障形式。

关键词:风电风电机组齿轮箱故障分析失效引言面对当前日益枯竭的一次性能源,面向日益紧迫的能源危机,人类对清洁可再生能源的的渴望和需求日趋强烈。

近几年,世界各国对新能源研发的热度持续高涨,其中风力发电已成为世界公认的技术最成熟、开发成本最低、最具发展前景的可再生能源之一。

大力发展风电产业,开发建设大型风电基地,可大幅度减少我国未来二氧化碳、二氧化硫等氮氧化物的排放量。

2012年 6月,我国并网风电达到5258万千瓦,成为世界第一风电大国,在未来30年内,风力发电机组的装机容量可能超过核电,成为第三大发电电源。

由此可见,风力发电越来越受到国家的重视。

风力发电机组一般都安装在高山、戈壁、山口、海边等风能较大周围无遮挡物的地方,齿轮箱、发电机等部件安装在机组塔架之上狭小的机舱内,距离地面几十米甚至上百米高。

风力发电机组工作环境恶劣,受无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的冲击,常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响,机组运行时常伴有振动,并且经常受到风沙、盐雾侵蚀,时常还处于湿度大等一些恶劣环境中。

因此其故障率高,其中齿轮箱故障率更是达到风机故障率的15%—20%,齿轮箱一旦出现故障,修复将十分困难,严重影响到了风电场的经济效益,因此齿轮箱在风电机组中所占据的重要位置不容忽视。

本文分别从齿轮、轴承、轴的失效形式,润滑和齿轮箱设计、振动这六方面分析了齿轮箱的故障形式。

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齿轮箱设计报告1 概述 (4)2 齿轮箱设计 (5)2.1齿轮箱设计的基本要求 (5)2.2齿轮箱设计的计算项目 (5)2.3齿轮箱主要零部件设计 (6)2.3.1 齿轮 (6)2.3.1.1齿轮计算 (6)2.3.1.2齿轮的修形 (7)2.3.1.3齿轮材料及热处理 (7)2.3.1.4齿轮的精度 (7)2.3.1.5齿面粗糙度 (7)2.3.1.6齿轮的变位系数 (8)2.3.2 轴承 (8)2.3.2.1轴承选型 (8)2.3.2.2轴承静承载能力 (10)2.3.2.3轴承寿命计算 (11)2.3.2.4轴承的最大接触应力 (12)2.3.3 润滑、冷却和加热系统 (12)2.3.3.1散热器 (12)2.3.3.2加热器 (14)2.3.3.3过滤装置 (14)2.3.4轴 (14)2.3.5箱体、行星架和扭力臂 (14)2.3.6轴封 (15)2.3.7 润滑油 (15)2.3.7.1润滑油选型 (15)2.3.7.2润滑油容量 (15)2.3.7.3润滑油测试 (15)2.3.7.4润滑油清洁度 (16)3 国内外主要供应商分析 (16)3.1齿轮箱设计 (16)3.2 制造技术 (16)3.3 试验测试技术 (17)4 齿轮箱样机试验 (17)4.1 样机试验规范 (18)4.1.1 试验前的准备工作 (18)4.1.2 空载试验 (18)4.1.3 加载试验 (18)4.1.4 强化试验 (20)4.1.5 故障处理 (21)4.1.6 拆检 (22)5 包装与运输 (22)6 油漆及防腐保护 (23)6.1 油漆 (23)6.2防腐保护 (23)7 安装 (24)8 维护及运行 (24)9 参考文献目录 (25)1.概述齿轮箱是风机中的关键部件,它位于叶轮和发电机之间,将叶轮受风力作用旋转而产生的动力传递给发电机发电,同时将叶轮输入的较低转速增速为满足发电机所需的转速。

因此,风力发电齿轮箱是一种受无规律变向载荷的风力作用及强阵风冲击的变载荷条件下工作的低速、重载、增速齿轮传动装置。

风力发电机组一般安装在荒郊、野外、山口、海边等风能较大且周围无遮挡物之处,齿轮箱安装在机组塔架之上狭小的机舱内,距地面几十米甚至一百多米高。

常年经受酷暑严寒和极端温差的影响,自然环境恶劣,交通不便,修复十分困难,而且故障期一般出现在发电的高峰期,齿轮箱一旦出现故障,将严重影响风场的经济效益,因此,对齿轮箱的可靠性和工作寿命提出了很高的要求。

随着风机技术的发展,对齿轮箱的要求也越来越高,对齿轮箱的技术要求主要有以下几点:1.高可靠性,故障率低 2.体积小,重量轻 3.振动小,噪音低 4.传动效率高5.使用维护方便6.价格适中。

2. 齿轮箱设计2.1齿轮箱设计的基本要求齿轮箱作为传递动力的部件,在运行期间同时承受动、静载荷。

其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。

为此要建立整个机组的动态仿真模型,对起动、运行、空转、停机、正常起动和紧急制动等各种工况进行模拟,针对不同的机型得出相应的动态功率曲线,利用专用的设计软件进行分析计算,求出零件的设计载荷,并以此为依据进行设计。

齿轮箱的设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下,使结构优化并且重量轻。

其中,由于尺寸和重量与可靠性往往是一对不可调和的矛盾,因此风电齿轮箱的设计制造往往陷入两难的境地。

总体设计阶段应在满足可靠性和工作寿命要求的前提下,以最小的体积、最小重量为目标进行传动方案的比较和优化;结构设计应以满足传递功率和空间限制为前提,尽量考虑结构简单、运行可靠、维修方便。

另外,根据机组要求,采用CAD优化设计,选用合理的设计参数,排定最佳传动方案,选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料,配备完整充分的润滑、冷却系统和监控装置等等,是设计齿轮箱的必要前提条件。

2.2齿轮箱设计的计算项目风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。

载荷谱可通过实测得到,也可通过BLADED等专业软件分析得到。

AGMA(美国齿轮协会)标准强调齿轮和轴承等零部件的计算应以载荷谱为基础,但目前国内的齿轮箱制造商还不能根据载荷谱进行齿轮箱设计,进行齿轮箱计算时,按发电机额定功率除以发电机和齿轮箱的机械效率来确定计算功率,齿轮强度计算的使用系数K A取1.3。

按DIN 3990,齿轮计算以下项目:1)齿面接触强度校核计算(静载荷安全系数和疲劳载荷安全系数)2)齿面弯曲强度校核计算(静载荷安全系数和疲劳载荷安全系数)3)胶合承载能力计算按DIN ISO 281,轴承计算以下项目:1)基本额定寿命和修正额定寿命2)额定极限载荷(静载荷安全系数)另外,要求验算的项目还有:•轴与齿轮连接•键槽•胀紧套连接•轴•行星架,按照ASME NB3216•齿轮箱壳体•扭力臂•胀紧套•螺纹连接•热平衡计算2.3齿轮箱主要零部件设计2.3.1齿轮2.3.1.1齿轮计算根据齿轮箱的名义功率、名义转速、传动比、等效载荷、以及齿轮箱外形尺寸的要求,初步选定各级齿轮的模数、齿数、压力角和齿宽等重要参数后,就可以对齿轮进行校核计算。

对齿轮进行校核时,计算载荷Ftc=KFt。

对于齿面接触强度计算,载荷系数K=K A K V K Ha K Hβ1)使用系数K A使用系数K A ,是等效载荷和名义载荷的比值。

其中等效载荷要求根据载荷谱得到。

2)动载系数K V动载系数K V用以考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差和运转速度而引起的内部附加载荷系数,K V极大地影响齿轮的寿命,AGMA标准规定,除非有多体仿真的动态分析,否则K V至少取1.05。

3)齿间载荷分配系数K Ha齿间载荷分配系数K Ha用以考虑同时啮合时各对齿轮间载荷分配不均匀的系数,它取决于齿轮的啮合刚度、基圆齿距误差、修缘量等因素。

4)齿向载荷分布系数K Hβ齿向载荷分布系数K Hβ用以考虑齿轮沿接触线产生载荷分布不均匀现象的影响,K Hβ极大地影响齿轮的寿命。

齿向载荷分布受弹性变形、制造精度、热形变的影响。

根据AGMA6006及GL规范,齿向载荷分布系数K Hβ必须通过数字分析(先进的接触分析法)来确定,应用接触分析法分别确定疲劳载荷和极限载荷的K Hβ,AGMA标准规定齿向载荷分布系数K-Hβ不小于1.15。

按照ISO6336的要求,齿轮的寿命计算可靠性取99%,抗微点蚀安全系数最小SH=1.25,抗弯曲安全系数最小取SF=1.56。

另外,与传统行星传动不同,内齿圈的强度往往成为风电齿轮箱的薄弱环节,国外一般采用斜齿内齿轮+渗碳淬火+磨齿工艺。

由于国内大型内斜齿制齿加工困难,内齿磨齿成本高,通常采用斜齿+磨齿+氮化工艺或直齿+调质+磨齿工艺,与国外产品在设备的可靠性、重量等方面存在一定差距。

另外,由于加工和装配精度的影响,低速重载行星传动内齿圈的实际强度往往低于计算值,这一点应在设计制造过程中给予充分重视。

2.3.1.2齿轮的修形AGMA规范要求根据载荷情况作必要的齿廓和齿向修形。

齿廓修形的作用在于:减小齿轮变形,装配误差和齿轮形状误差带来的不利影响。

正确的齿廓修形可以增大齿轮的承载能力并减小齿轮箱运行的噪音。

因为作用在齿轮箱上的载荷是变化的,而齿廓修形仅能对一个载荷进行优化,所以修形要求综合考虑极限载荷、胶合、制造误差及低负荷下的端面重合度等因素。

螺旋修形的作用在于:减小轮齿、轴、轴承、箱体的弯曲和扭曲变形及制造误差带来的不利影响,正确的修形可以增大齿轮的承载能力并减小齿轮箱运行的噪音。

因为作用在齿轮箱上的载荷是变化的,而螺旋修形仅能对一个载荷进行优化,因此必须综合考虑各种因素,选择适当的修形参数。

2.3.1.3齿轮材料及热处理AGMA标准要求所有外齿轮必须使用合金钢,并且有足够的淬透性,使齿轮的表面和芯部硬度达到ANSI/AGMA 2101-C95中所要求的2级要求。

国内的外齿轮材料多使用20CrNi2MoA或17CrNiMo6.对于内齿圈,AGMA标准要求使用合金钢,并且有足够的淬透性,使齿轮的表面和芯部硬度达到ANSI/AGMA 2101-C95中所要求的2级要求。

表面渗碳或氮化的内齿圈耐磨性比整体淬硬的内齿圈耐磨性要好。

国内的内齿圈材料多使用42CrMoA。

2.3.1.4齿轮的精度AGMA标准要求,渗碳或氮化处理的内齿圈精度要求达到7级,其他齿轮的精度要求达到6级。

目前,我们对供应商的要求是内齿圈精度要求达到6级,其他齿轮的精度要求达到5级。

2.3.1.5齿面粗糙度风电齿轮箱要求齿面有足够的光洁度,以保证齿面有足够的承载能力。

齿面光洁度高,可提高齿面的抗微点蚀能力。

AGMA标准要求太阳轮和行星轮的粗糙度达到Ra0.5,低速轴齿轮的齿面粗糙度达到Ra0.6,中间轴和高速轴齿轮的齿面粗糙度达到Ra0.7。

2.3.1.6齿轮变位系数风机齿轮箱为增速齿轮箱,选择变位系数应有利于降低滑差。

2.3.2轴承由于风机齿轮箱工作的特殊性和载荷的复杂性,轴承在风电齿轮箱中是一个相对薄弱的环节。

统计数据表明,早期风电齿轮箱故障大多是由轴承引起的,随着现场经验的增多,目前轴承引起的故障明显降低,但仍约有50%的故障是由轴承引起的。

因此,风电齿轮箱设计和运行时,应对轴承类型、润滑方式、润滑油的清洁度及寿命计算方法给予足够的重视。

2.3.2.1轴承选型轴承的正确选型和布置对保证风机齿轮箱的稳定可靠运行和使用寿命十分关键。

AGMA6006标准根据现场经验,给出了高速级轴承、中间级轴承、低速级/行星架轴承的选择表。

对行星轮轴承,AGMA标准推荐使用带保持架的圆柱滚子轴承。

若使用双列满装圆柱滚子轴承,必须保证径向力不会造成滚子之间产生接触应力。

若使用球面滚子轴承,应保证轴承内圈在轴向有足够的位移量,以保证载荷分布的均匀。

若两个轴承布置得很近,且原始游隙差别较大时,有可能两个轴承的总承载能力比单个轴承还小。

对行星架轴承,AGMA标准推荐使用满装圆柱滚子轴承。

对于低速轴输入端轴承,推荐使用单列圆柱滚子轴承。

对低速轴输出端轴承,若使用自动调心球面滚子轴承,必须仔细分析载荷的变化和轴的运动(幅度和频率)对轴承间隙的影响。

根据AGMA6006,只有两个圆锥轴承的原始游隙能达到合适的值,才能成对使用圆锥轴承。

若在低速轴输出端成对使用圆锥轴承,分析计算时不能将两个圆锥轴承当作一个轴承考虑。

图1所示:若在低速轴输出端布置两个圆锥轴承,在两个圆锥轴承宽度范围内,管轴的挠曲量几乎为0,在这种情况下,轴承要承受了额外的径向力。

图2所示:若在低速轴输出端布置一个圆锥轴承,管轴在圆锥轴承中都有一定的挠曲量,管轴的挠曲未受到限制,因此轴承未承受额外的径向力。

图1:3个轴承布置时管轴挠曲量及轴承的径向力图2:2个轴承布置时管轴偏移量及轴承的径向力对于中间级输入端,AGMA推荐使用单列圆柱滚子轴承。

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