湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業設計（論文）⑩工作硬化系數而安全系數代入上述值：得到故符合要求，具有高的可靠度。（2）中間級接觸強度計算參照上述低速級接觸強度計算步驟和公式，得到中間級齒面計算接觸應力各項系數如下表所示：系數值1.31.0251.1312.252189.80.87450.9950.91代入以上系數，計算接觸應力按接觸應力=928.74計算安全系數=1.438故符合要求。（3）高速級接觸強度計算參照上述低速級接觸強度計算步驟和公式，得到高速級齒面計算接觸應力各項系數如下表所示：系數值1.31.061.38312.33189.80.72940.9850.911代入以上系數，計算接觸應力按接觸應力=961.76計算安全系數=1.42故符合要求。傳動軸的設計與校核在傳動軸的初步設計過程中，由于傳動軸支撐和其他零件的位置，作用載荷等需要設計確定。首先可根據主軸傳遞扭矩初定出最小軸徑，再以此為基礎進行結構設計和強度校核。3.1低速級傳動軸尺寸參數計算與校核3.1.1低速級傳動軸尺寸參數計算低速級傳動軸經上述計算，傳動的功率=5378.8kw，轉速，齒輪寬度。因為傳遞的功率適中，并對重量及結構尺寸無特殊要求，參考機械設計手冊。選用的材料45鋼，調質處理。根據軸的直徑計算公式：計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響.查機械設計手冊得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結構如下圖所示圖3-1低速軸零件圖由上圖的知，低速級傳動軸不長，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數據。3.1.2低速級傳動軸的強度校核齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉強度條件計算。根據以上情況，可得低速級傳動軸的受力簡圖：圖3-2低速軸受力圖由上受力圖經行軸的強度校核扭轉強度條件為：mm45鋼＝30～40軸的強度滿足要求。式中，——軸的扭轉切應力，；——軸所受的扭矩，；——軸的抗扭截面模量，；——軸的轉速，；——軸所傳遞的功率，Kw;——軸的許用扭轉切應力，；－取決于軸材料的許用扭轉切應力的系數，其值可查機械設計手冊。故滿足強度要求。3.2中間級傳動軸的設計計算與校核3.2.1中間級傳動軸尺寸參數計算中間級傳動軸經上述計算，傳動的功率=5271.2kw，轉速，齒輪寬度。因為傳遞的功率適中，并對重量及結構尺寸無特殊要求，參考機械設計手冊。選用的材料45鋼，調質處理。根據軸的直徑計算公式：計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機械設計手冊得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結構如下圖所示圖3-3中間軸零件圖由上圖的知，中間級傳動軸不長，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數據。3.2.2中間級傳動軸的強度校核齒輪采用的是直齒，因此軸主要承受扭矩，其工作能力按扭轉強度條件計算。根據以上情況，經行軸的強度校核。扭轉強度條件為：mm45鋼＝30～40根據條件，按照強度校核公式計算：故滿足強度要求。3.3高速級傳動軸的設計計算高速級傳動軸經上述計算，傳動的功率=5060.2kw，轉速，齒輪寬度。因為傳遞的功率適中，并對重量及結構尺寸無特殊要求，參考機械設計手冊。選用的材料，調質處理。根據軸的直徑計算公式：計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機械設計手冊得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結構如下圖所示圖3-4高速軸零件圖3.4輸出傳動軸的設計計算高速級傳動軸經上述計算，傳動的功率=5000kw，轉速，齒輪寬度。因為傳遞的功率適中，并對重量及結構尺寸無特殊要求，參考機械設計手冊。選用的材料，調質處理。根據軸的直徑計算公式：計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響查機械設計手冊得A=106~135，取A=125初定最小直徑軸的結構如下圖所示圖3-5輸出軸零件圖第四章齒輪箱其他部件的設計4.1軸系部件的結構設計軸承蓋用以固定軸承，調整軸承間隙及承受軸向載荷，軸承蓋有嵌入式和凸緣式兩種。嵌入式軸承蓋結構簡單，為增強其密封性能，常與O形密封圈配合使用。由于調整軸承間隙時，需打開箱蓋，放置調整墊片，比較麻煩，故多用于不調整間隙的軸承處。凸緣式軸承蓋，調整軸承間隙比較方便，密封性能好，應用較多。凸緣式軸承蓋多用鑄鐵鑄造，應使其具有良好的鑄造工藝性。對穿通式軸承蓋，由于安裝密封件要求軸承蓋與軸配合處有較大厚度，設計時應使其厚度均勻。當軸承采用箱體內的潤滑油潤滑時，為了將傳動件飛濺的油經箱體剖分面上的油溝引入軸承，應在軸承蓋上開槽，并將軸承蓋的端部直徑做小些，以保證油路暢通。圖4-1軸承端蓋簡圖4.2行星架的結構設計行星架是行星齒輪傳動中的一個重要構件，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，一個結構合理的行星架應當是外廓尺寸小，質量小，具有足夠的強度和剛度，動平衡性好，能保證行星輪間的載荷分布均勻，而且應具有良好的加工和裝配工藝。從而，可使行星齒輪傳動具有較大的承載能力，較好的傳動平穩性以及較小的振動和噪聲，為此對行星架的制作有以下要求：1)行星架的材料應選用QT700，,其力學性能應分別符合GB/T1348-2009，BG/T3077-1999，JB/T6402-2008的規定，也可使用其他具有等效力學性能的材料。2)行星輪孔系與行星架回轉軸線的位置度應符合GB/T1184-1996的5級精度的規定。3)行星架精加工后應進行靜平衡。4)行星架若才贏焊接結構，則應對其焊縫進行超聲波探傷，并應符合GB/T11345-1989的要求。4.3傳動齒輪箱箱體設計箱體是傳動齒輪箱的重要零件，它承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產生的反力。箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證質量。箱體的設計應該按照風力發電機組動力傳動的布局，加工和裝配，檢查以及維護等要求來進行。應該注意軸承支撐和機座支承的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支承結構和壁厚，增加必要的加強筋。同時加強筋的位置必須與引起箱體變形的作用力方向一致。對于傳動齒輪箱箱體材料選擇，采用鑄鐵箱體可以發揮其減震性，易于切削加工等特點，適于批量生產。常用的材料有球墨鑄鐵和其他的高強度鑄鐵和其他高強度鑄鐵。設計鑄造箱體時應該避免壁厚突變，減小厚壁差，以免產生縮孔和縮松等缺陷。在大型風力發電機的單件小批量生產時，多采用的是焊接或焊接與鑄造相結合的箱體。為減少機械加工過程中和使用中的變形，為防止出現裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應該進行退火，時效處理，以消除內應力。為了方便裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應該設有觀察窗。機座一旁設有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱。4.4齒輪箱的密封、潤滑、冷卻4.4.1齒輪箱的密封齒輪箱軸伸部位的密封一方面應能防止潤滑油外泄，同時也能防止雜質進入箱體內。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。非接觸式密封不會產生磨損，使用時間長。軸與端蓋孔間的間隙行程的密封，是一種簡單的密封。間隙大小取決于軸的徑向跳動大小和端蓋孔相對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，形成所謂的迷宮，溝槽底部開有回油槽，使外泄的油液遇到溝槽改變方向輸回箱體中。也可以在密封的內側設置甩油盤，阻擋飛濺的油液，增強密封效果。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，應能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動補償磨損。常用的旋轉用唇形密封有多種方式，可按標準選取。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加工痕跡。軸端應有小于30的導入角，倒角上不應有銳邊，毛刺和粗糙的機加工殘留。本次設計采用了以上的第二種密封方式。4.4.2齒輪箱的潤滑、冷卻齒輪箱的潤滑十分重要，良好的潤滑能夠對齒輪和軸承起到足夠的保護作用。為此，必須高度重視齒輪的潤滑問題，嚴格按照規范保持潤滑系統長期處于最佳狀態。齒輪箱常用飛濺潤滑或強制潤滑，一般以強制潤滑為多見。因此，配備可靠的潤滑系統尤為重要。在機組潤滑系統中，齒輪泵從油箱將油液經過濾油器輸送到齒輪箱的潤滑系統，對齒輪箱的齒輪和傳動件進行潤滑，管道上裝有各種監控裝置，確保齒輪箱在運轉過程中不會出現漏油。保持油液的清潔作業十分重要，即使是第一次使用新油，也要經過過濾，系統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。對潤滑油的要求應考慮能夠起齒輪和軸承的保護作用。此外好應具備以下性能：1.減少摩擦和磨損，具有高強的承載能力，防止膠合；2.吸收沖擊和振動；3.防止疲勞點蝕；4.冷卻，防銹，抗腐性。風力發電齒輪箱屬于閉式齒輪動類型，其主要的失效形式是膠合與點蝕，故在選擇潤滑油時，重點是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強度。潤滑油系統中的散熱器常用風冷式的，有系統中的溫度傳感器控制，在必要時通過電控旁閥自動打開冷卻回路，使油液先流經散熱器散熱，再進入齒輪箱。齒輪和軸承軸承在轉動過程中他們實際都是非直接接觸的，這中間是靠潤滑油建成油膜，使其形成非接觸性的滾動和滑動，這是油起到了潤滑的作用。雖然他們是非接觸的滾動和滑動，但由于加工精度等原因使其轉動中有相對的滾動摩擦和滑動摩擦，這都會產生一定的熱。如果這些熱量在轉動的過程中沒有消除，勢必會越積越多，最后導致高溫燒毀齒輪和軸承，因此齒輪和軸承在轉動過程中必須用潤滑油來進行冷卻。所以潤滑油一方面其潤滑作用，另一方面起冷卻的作用。對于齒輪箱，對于所有齒輪和軸承，我們都要采用強制潤滑，原因有：1)強制潤滑可以進行監控，而飛濺潤滑是監控不了的，從安全性考慮，采用強制潤滑。2)現在風機齒輪箱功率越來越大，其功率損耗也越來越大因此飛濺潤滑已經滿足不了冷卻的作用這是需要進行強制潤滑的。4.5齒輪箱的使用安裝齒輪箱的主動軸與葉片輪的連接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機聯結時，應采用合適的聯軸器，最好的彈性聯軸器，并串接起來保護作用的安全裝置，齒輪箱軸線上和與之相連的部件的軸線應保證同心，其誤差不得大于所選用的聯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力。齒輪箱安裝后用人工搬動應靈活，無卡滯現象。打開觀察窗蓋檢查箱體內部機件應無銹蝕現象。用涂色法檢驗，齒面接觸斑點應達到技術條件的要求。第五章結論本文針對兆瓦級風力發電增速齒輪傳動系統進行了研究，所做的主要工作和結論如下：1.對于兆瓦級風力發電齒輪箱傳動方案的確定，在綜合行星傳動與平行軸傳動對比以及一級行星齒輪帶動兩級圓柱齒輪與兩級行星齒輪帶動一級圓柱齒輪的優點的基礎上，選用兩級行星派生型傳動方案。在兩級行星傳動中，采用簡單易行的太陽輪浮動的均載機構。依據風機的技術指標與要求，計算確定了齒輪箱各級齒輪參數。依據標準，對齒面接觸齒根彎曲進行了靜強度校核，結果符合安全要求。2.對于傳動系統各部件進行CAD畫圖；從增速箱整體考慮，對其內部穩定性，潤滑等方面進行分析，對增速箱內軸承的選取，潤滑方案的設計等進行完善。由于本人水平，時間和條件的限制，上述研究尚有不完善之處，還有不少工作尚待進一步研究，主要有：1)對風電齒輪箱變載荷的處理中，疲勞損傷理論的完善是比較重要而緊迫的問題，而目前的損傷理論并不能準確反映實際情況，需要對積累疲勞損傷理論做進一步的研究。2)大型風電齒輪箱運行狀態的在線檢測及故障診斷技術的研究。我國大型風電機組缺乏對運行過程中出現的問題和故障的詳細記錄和分析，對軸承在運行過程中的溫度，潤滑劑污染狀況等因素的影響考慮仍不夠完善，應進一步通過檢測，試驗來準確評估其對軸承壽命的影響。3)針對大型風電機組的高可靠性綜合優化設計技術研究大型風電機組的可靠性優化設計是提高風電機組運行壽命，降低成本的重要手段，而我國對于大型風電機組進行系統地可靠性綜合優化設計研究方面做的很少，需要對此做進一步的研究。最后，設計接近尾聲，只能說，在這次畢業設計中自己真的經歷了很多，也學會了很多。無論是在知識和技能上，還是在人品和素質上都是一個跨階段性的提高。這是一個機會，也將是一個美好的回憶。機會難得，所以我們要好好珍惜。用這么好的機會去學會更多的東西。參考文獻[1]潘存云.機械原理[M].長沙：中南大學出版社，2011.[2]林景堯.風能設備使用手冊.北京：機械工業出版社，1992.[3]芮曉明.風力發電機組設計．北京：機械工業出版社，2010.[4]姚興佳.風力發電機組原理與應用．北京：機械工業出版社，2009.[5]趙振宙.風力發電機原理與應用.北京:中國水利水電出版社，2011.[6]Tony

Burton.風能技術.北京：科學出版社，2007.[7]牛山泉.風能技術.北京：科學出版社，2009.[8]諾邁士.風電傳動系統的設計與分析.上海：上海科學技術出版社，2013.[9]李俊峰.風力.北京：化學工業出版社，2005.[10]李斌.未來世界風電發展大趨勢[J].北京：哈爾濱大電機研究所，2008.[11]劉忠明.風力發電機齒輪箱設計制造技術的發展與展望[J].機械傳動，2006.[12]成大先.機械設計手冊第三卷.北京：化學工業出版社，1993.[13]葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊.機械工業出版社，[14]關慧貞.機械制造裝備設計.北京：機械工業出版社，[15]濮良貴,紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社，[16]郝桐生.理論力學.北京：高等教育出版社，[17]劉鴻文.材料力學.北京：高等教育出版社，[18]李俊峰.中國風電發展報告.北京：中國環境科學出版社，2008.[19]施鵬飛.關于中國風電發展的思考.電力技術經濟，2006.[20]熊禮儉.風力發電新技術與發電工程設計.運行，維護及規范使用手冊，北京，中國科技出版社，2003.[21]GB／T19073.風力發電機組一齒輪箱.北京：中國標準出版社，2003.[22]趙洪杰.風力發電的發展狀況與發展趨勢.水利科技與技術，2006.[23]周思剛.我國風力發電技術的現狀及發展.中國電工技術學會，2005.[24]李樹吉.風電齒輪箱的優化設計.新能源出版社，2000.[25]秦大同.兆瓦級風力機齒輪傳動系統動力學分析與優化.重慶大學學報，2009.[26]杜朝輝.風力發電的現狀與關鍵技術.上海交通大學機械與動力工程學院，上海：2004.[27]王品晶.風電齒輪箱的發展及技術分析.機械傳動.2008.[28]劉忠明.風力發電齒輪箱設計設計制造技術的發展與展望.機械傳動，2006.[29]湯克平.風電增速箱結構設計敘談.機械傳動，2004.[30]饒振鋼.行星齒輪傳動設計.北京：化學工業出版社，2003.[31]機械設計手冊編委會.機械設計手冊.北京：機械丁業出版社，2004.[32]齒輪手冊編委