风力发电机变桨减速器设计方案说明书(BJJSQA)

BJJSQ1500A风力发电机变桨减速器设计说明书德阳东汽电站机械制造有限公司2006-04-24目录一、应用4二、技术参数52.1齿轮箱52.2材料52.3大齿环和小齿轮52.3.1大齿环齿轮52.3.2小齿轮52.4小齿轮轴承52.5载荷62.5.1小齿轮力矩62.5.2轴承设计的载荷62.5.3电动机总量载荷6三、传动系设计及校核63.1已知条件63.2方案设计63.2.1结构设计63.2.2齿形及精度73.2.3齿轮材料及其性能[1]73.2.4配齿及传动比计算73.3齿轮参数初步确定73.3.1按弯曲强度估算各级齿轮法向模数73.3.1.1 估算第一级法向模数73.3.1.2 估算第二级法向模数83.3.1.3 估算第三级法向模数83.3.2各级主要几何尺寸93.3.2.1 第一级主要几何尺寸93.3.2.2 第二级主要几何尺寸93.3.2.3 第三级主要几何尺寸93.4各级齿轮疲劳强度校核93.4.1第一级疲劳强度校核93.4.1.1 第一级外啮合齿面接触疲劳强度93.4.1.2 第一级外啮合齿根弯曲疲劳强度103.4.1.3 第一级内啮合齿面接触疲劳强度113.4.1.4 第一级内啮合齿根弯曲疲劳强度123.4.2第二级疲劳强度校核133.4.2.1 第二级外啮合齿面接触疲劳强度133.4.2.2 第二级外啮合齿根弯曲疲劳强度143.4.2.3 第二级内啮合齿面接触疲劳强度153.4.2.4 第二级内啮合齿根弯曲疲劳强度163.4.3第三级疲劳强度校核163.4.3.1 第三级外啮合齿面接触疲劳强度163.4.3.2 第三级外啮合齿根弯曲疲劳强度173.4.3.3 第三级内啮合齿面接触疲劳强度183.4.3.4 第三级内啮合齿根弯曲疲劳强度193.5齿轮静强度校核203.6传动装配条件验算213.6.1传动比条件213.6.2邻接条件213.6.3同心条件213.6.4装配条件213.7啮合参数213.8齿轮几何尺寸计算213.9传动效率计算223.10结构设计233.11轴承设计及校核233.11.1第一级行星轮轴承校核233.11.2第二级行星轮轴承校核243.11.3第三级行星轮轴承校核243.11.4输出轴轴承载荷校核253.12轴的强度校核263.12.1太阳轮轴强度计算263.12.2行星轮轴强度计算263.13鼓形齿联轴器接触强度计算263.13.1第二级鼓形齿联轴器263.13.2第三级鼓形齿联轴器273.14花键轴挤压强度校核28四、润滑和密封28五、运行和质量认可测试295.1空载实验295.2极端过载实验295.3疲劳测试295.4低温冲击实验29六、环境条件29七、防腐29参考文献：29一、应用本手册是FD70A/FD77A风力发电机偏航减速器的结构说明和生产规范。

变桨减速器的主要作用是驱动变桨控制齿轮箱，用于调节风力发电机输出功率。

当控制系统的测量实际功率值与设定值不匹配时，每只风轮叶片可以绕它的纵向轴旋转。

其工作特点是间歇工作起停较为频繁，传递扭矩较大，传动比较高。

因其工作特点以及安装位置的限制，本设计采用三级行星齿轮减速机构。

二、技术参数2.1齿轮箱设计：带方便电机连接法兰<B5）的低齿隙同轴行星齿轮箱。

偏心率：小齿轮和驱动轴与装配法兰中心偏离1.5mm<不是对中）。

减速比：i=155.4驱动电机旋转速度：额定：n=2420rpm速度=0~1700rpm运行：n运行=4000rpm最大：n最大效率：≥0.9电机法兰：A2502.2材料小齿轮：18Cr2Ni4W，表面渗碳处理轴承箱体：20CrMnTi其他箱体：20CrMnTi2.3大齿环和小齿轮齿轮类型：内啮合部正齿，正常压力角20°，基准齿廓符合DIN 867转轴中心距：744mm2.3.1大齿环齿轮模数：12mm齿数z2：-139齿宽b：100mm齿形修正x2*m：-6mm按DIN3990齿形质量：DIN 3967/12 e 27齿面硬度：HRC50+5/475 HV 10 Rht=1.4+0.8mm <齿侧和齿根部硬度）2.3.2小齿轮模数：12mm齿数：z1=15齿宽b=100mm齿形修正x1*m：6mm按DIN3990齿形质量：DIN 3967/7 e 26，Ra最小=3.2磨亮齿面硬度HRC58+4/600 HV 10 Rht=1.4+0.8mm<齿侧和齿根部硬度）修形：制造商应给出能够得到最好的传动效果的建议，并且由东方汽轮机厂决定。

2.4小齿轮轴承小齿轮轴承应采用一个小的预加载圆锥滚子轴承。

2.5载荷2.5.1小齿轮力矩M 最大力矩＝10500Nm变化范围：ΔM 运行＝8300Nm 负荷循环次数：n=2.0*1082.5.2轴承设计的载荷齿轮的平均扭矩： M gear outlet =4150Nm轴承额定寿命：L requ =66500h2.5.3电动机总量载荷直流电机安装在齿轮箱的B5法兰上。

电机的总量是85Kg 。

电机的重心在离B5法兰大约500mm 处。

在运行期间的旋转运动给了整个齿轮箱变化的重力矩，负荷周期大约为80108.1⨯=n 次循环。

由电机自重的激励引起的力矩和风机在恶劣环境下产生的力矩叠加作用。

这个额定激励力矩能根据周期为n=1.8*108负荷循环情况进行估计，然后再加上自重加速度为a=1g=9.81m/s 2三、传动系设计及校核3.1 已知条件额定输入功率：6.5 kW 额定输入转速：1700 rpm 额定输出转速：10.94 rpm 总传动比：155.4 效率： ≥0.93.2 方案设计3.2.1 结构设计本行星齿轮减速箱在结构上采用3级NGW 型行星传动，减速比大、传动效率高、结构紧凑、承载能力大。

各级行星轮系都由太阳轮、行星轮和内齿圈构成，其中1、2、3级行星轮个数为3个。

各级之间，上一级的行星架与下一级太阳轮轴通过齿轮连轴器实现稳定连接。

输出轴采用花键实现扭矩的传递。

本设计进行了各级齿轮连轴器和花键连接的强度校核。

综合考虑设计、制造及安装位置限制等因素，选择3级NGW 型行星减速器。

第一级选用行星架浮动；第二级选用太阳轮与行星架同时浮动； 第三级选用太阳轮浮动。

3.2.2 齿形及精度因属于低速传动，采用齿形角 20=n α的直齿轮传动，精度定为6级。

3.2.3 齿轮材料及其性能[1]太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮用软齿面，以提高承载能力、减小尺寸。

三级都采用相同的材料搭配。

太阳轮：20CrMnTi ，渗碳淬火回火，表面硬度HRC56~62，σHlim =1500N·mm -2、σFlim =470 N·mm -2行星轮：20CrMnTi ，表面淬火，渗碳淬火回火，表面硬度HRC56~62，σHlim =1500N·mm -2、σFlim =470 N·mm -2。

因双向转动，实际σFlim =470*0.8=376 N·mm -2内齿圈：20CrMnTi ，齿面渗碳淬火HRC56~60.，σHlim =1500 N·mm -2、σFlim =470 N·mm -23.2.4配齿及传动比计算表1 分配传动比及各级配齿传动级 z a 小齿轮 z c 行星齿轮 z b 内齿轮 bax i 传动比p n 行星数 模数m 第一级 17 43 103 7.0588 3 2 第二级 17 31 79 5.6471 3 2.5 第三级2019583.900034实际总传动比为：46.155 9000.36471.57.0588321=⨯⨯=z z z z ＝总3.3 齿轮参数初步确定3.3.1 按弯曲强度估算各级齿轮法向模数3lim21F d Fs A m n z Y KT A m σφ≥[2](3-1>3.3.1.1 估算第一级法向模数(3-1>式中：6.12=m A (直齿轮 0=β>[2]2.1=K (载荷平稳>[2]15.1=cF K (尺寸精度为6级，转速超过300r/min>[3]51.3617005.6954917009549=⨯==KW I P T N·m00.1415.1351.36=⨯===cF s I A K C T T N·m8.2=Fa Y ，54.1=Sa Y ( 20=α>，3.454.18.2=⨯==Sa Fa Fs Y Y Y [4]735.034251===d b d ϕ 2.137617735.03.4142.16.1232321=⨯⨯⨯⨯⨯=≥Fp d Fs A m n z Y KT A m σφ，取2=n m mm 3.3.1.2 估算第二级法向模数(3-1>式中：6.12=m A (直齿轮 0=β>2.1=K (载荷平稳>1=cF K (尺寸精度为6级，转速低于300r/min>2570588.751.361=⨯=⨯=i T T I II N·m 8613257257=⨯===cF s cF s II A K C K C T T N·m 8.2=Fa Y ，54.1=Sa Y ( 20=α>，3.454.18.2=⨯==Sa Fa Fs Y Y Y588.05.42251===d b d ϕ 26.237617588.03.48616.1232321=⨯⨯⨯⨯⨯=≥Fp d Fs A m n z Y KT A m σφ，取5.2=n m mm 3.3.1.3 估算第三级法向模数(3-1>式中：6.12=m A (直齿轮 0=β>2.1=K (载荷平稳>1=cF K (尺寸精度为6级，转速低于300r/min>14516471.52572=⨯=⨯=i T T II III N·m 483131451=⨯==cF s III A K C T T N·m 8.2=Fa Y ，54.1=Sa Y ( 20=α>，3.454.18.2=⨯==Sa Fa Fs Y Y Y59.076451===d b d ϕ66.33762059.03.448316.1232321=⨯⨯⨯⨯⨯=≥Fp d Fs A m n z Y KT A m σφmm ，取4=n m mm 3.3.2 各级主要几何尺寸3.3.2.1 第一级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径：34=a d mm 行星轮分度圆直径：86=c d mm 内齿圈分度圆直径：206=b d mm 齿宽：25=b mm3.3.2.2 第二级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径：5.42=a d mm 行星轮分度圆直径：5.77=c d mm 内齿圈分度圆直径：5.197=b d mm 齿宽：25=b mm3.3.2.3 第三级主要几何尺寸太阳轮分度圆直径：80=a d mm 行星轮分度圆直径：76=c d mm 内齿圈分度圆直径：240=b d mm 齿宽：45=b mm3.4 各级齿轮疲劳强度校核3.4.1 第一级疲劳强度校核3.4.1.1 第一级外啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力[5]：uu b d F Z Z Z Z K K K K Z t E H H H V A B H 11+=βεαβσ式中 1=B Z [10]10.1=A K [11]6.260000)2401700(3460000)(=-⨯⨯=-=ππx a X n n d v m/s ，05.1=V K [12]()2.11)12.1(111=⨯-+=-+=H b H K μθβ[13]0.1=αH K [14]5.2=H Z [15]2/8.189mm N Z E =[16]617.14311712.388.1cos 112.388.1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=βεαc a z z [17]89.03617.1434=-=-=αεεZ [18] 1=βZ [20]7871.133451.3620002000=⨯⨯⨯==CH A I t K c d T F N [21] 25=b mm53.2174312===z z u [22] 57753.2153.22534787189.08.1895.212.105.11.1111=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=uu b d F Z Z Z Z K K K K Z t E H H H V A B HA βεαβσN/mm 23.4.1.2 第一级外啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力[6]：αββεσF F V A Sa Fa ntF K K K K Y Y Y Y bm F =式中 82315.133451.3620002000=⨯⨯⨯==CF A I t K c d T F N [21] 25=b mm2=n m mm95.2=Faa Y ，36.2=Fac Y [23]54.1=Saa Y ，68.1=Sac Y [24]617.14311712.388.1cos 112.388.1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=βεαc a z z [17]714.0617.175.025.075.025.0=+=+=αεεY [19]1=βY [25]10.1=A K [11]6.260000)2401700(3460000)(=-⨯⨯=-=ππx a X n n d v m/s ，05.1=V K [12]()19.195.0)12.1(111=⨯-+=-+=F b F K μθβ[13]0.1=αF K [14]73119.105.11.11714.054.195.2225823=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==αββεσF F V A Saa Faa ntFa K K K K Y Y Y Y bm F N/mm 264119.105.11.11714.068.136.2225823=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==αββεσF F V A Sac Fac ntFc K K K K Y Y Y Y bm F N/mm 23.4.1.3 第一级内啮合齿面接触疲劳强度计算接触应力：uu b d F Z Z Z Z K K K K Z t E H H H V A B H 11-=βεαβσ式中 1=B Z [10]10.1=A K [11]6.260000)2401700(3460000)(=-⨯⨯=-=ππx a X n n d v m/s ，05.1=V K [12]()1.11)11.1(111=⨯-+=-+=H b H K μθβ[13]0.1=αH K [14]5.2=H Z [15]2/8.189mm N Z E =[16]837.110314312.388.1cos 112.388.1=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=βεαb c z z [17] 849.03837.1434=-=-=αεεZ [18] 1=βZ [20]7871.133451.3620002000=⨯⨯⨯==CH A I t K c d T F N [21] 25=b mm4.24310312===z z u [22] 2104.214.225867871849.08.1895.211.105.11.1111=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=uu b d F Z Z Z Z K K K K Z t E H H H V A B HA βεαβσN/mm 23.4.1.4 第一级内啮合齿根弯曲疲劳强度计算弯曲应力：αββεσF F V A Sa Fa ntF K K K K Y Y Y Y bm F =。