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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963015
姓 名： 李超眾
指導(dǎo)教師： 彭銳濤
完成日期： 2014.5.25
目 錄
[摘要] 1
[Abstract] 1
第1章 引 言 2
1.1 風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介 2
1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3偏航減速器簡(jiǎn)介 2
1.4課題意義 4
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 技術(shù)要求 5
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3 總體方案設(shè)計(jì) 6
第3章 行星輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.1 方案設(shè)計(jì) 8
3.2 傳動(dòng)比分配 8
3.3 第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 9
3.3.1 配齒數(shù) 9
3.3.2初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 9
3.3.3幾何尺寸計(jì)算 10
3.3.4齒面疲勞強(qiáng)度校核 11
3.3.5 第一級(jí)行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算 13
3.3.6第一級(jí)花鍵強(qiáng)度計(jì)算 13
3.3.7 第一級(jí)軸承校核 14
3.4 第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 16
3.4.1 配齒數(shù) 16
3.4.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 16
3.4.3 幾何尺寸計(jì)算 17
3.4.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核 17
3.4.5第二級(jí)行星輪軸計(jì)算 20
3.4.6第二級(jí)輸出端花鍵副 20
3.4.7第二級(jí)軸承校核 20
3.5 第三級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 21
3.5.1 配齒數(shù) 21
3.5.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 22
3.5.3幾何尺寸計(jì)算 23
3.5.4齒面疲勞強(qiáng)度校核 23
3.5.5 第三級(jí)行星輪軸計(jì)算 25
3.5.6 第三級(jí)輸出端花鍵副 26
3.5.7第三級(jí)軸承校核 26
3.6 第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 27
3.6.1 配齒數(shù) 27
3.6.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 27
3.6.3 幾何尺寸計(jì)算 28
3.6.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核 29
3.6.5第四級(jí)行星輪軸計(jì)算 31
3.6.6第四級(jí)輸出端花鍵副 31
3.6.7第四級(jí)軸承校核 32
3.7電動(dòng)機(jī)輸入處深溝球軸承校核 33
第4章 三維模型 34
4.1輸入軸部裝爆炸視圖 34
4.2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖 34
4.3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖 35
4.4第三級(jí)行星架部裝爆炸視圖 35
4.5第四級(jí)行星架部裝爆炸視圖 36
4.6下箱體部裝爆炸視圖 36
4.7偏航行星減速器總裝爆炸視圖 37
第5章 致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
[摘要]本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，完成了所有的數(shù)據(jù)，并繪制出了圖紙。本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航減速器的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了闡述。
在本文中，首先介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展和構(gòu)成，其次介紹了偏航減速器在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的作用以及它的發(fā)展情況。然后根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了整體方案。確定整體方案后，對(duì)偏航減速器的所有零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，其中主要包括齒輪的設(shè)計(jì)和校核，行星輪軸的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，花鍵的選定，軸承的選定和壽命計(jì)算。還設(shè)計(jì)了偏航減速器的其他零部件和箱體，最后完成了所有的設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)、偏航減速器、齒輪、花鍵、軸、軸承
The design and analysis of the yaw speed reducer wind turbine
[Abstract]The task of this graduation project is the design of yaw speed reducer wind turbine. After the design calculations and check calculations, I completed all of the data, and draw out the engineering drawings. The article described the design process .
In this article, I described the development and composition of the wind turbine first.And then,I introduced the function of the yaw speed reducer in the wind turbine as well as its development. Then, according to the design tasks and technical requirements,I designed the overall program. After determining the overall program, I finished the design calculations and check calculations of all parts of the yaw gear. Which mainly include the design and verification of the gear，The design and strength calculations of the planetary axle, The selection of the spline,The selection and life spanning of the bearings.Also designed the other pares and the box of the yaw gear,Finally completed all the design calculations.
Keys:Wind turbine,Yaw speed reducer,Gear,Spline,Axis,Bearing
第1章 引 言
1.1 風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、支撐發(fā)電機(jī)組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、并網(wǎng)控制器、蓄電池組等組成。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。
風(fēng)力發(fā)電具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一、風(fēng)能發(fā)電對(duì)于環(huán)保貢獻(xiàn)巨大。二、風(fēng)力發(fā)電在世界范圍發(fā)展迅速。我國的風(fēng)力資源相當(dāng)豐富，居世界首位，因此發(fā)展?jié)摿κ志薮?。目前開發(fā)還很不足，主要在內(nèi)蒙、和沿海一些地區(qū)，但是還沒有形成真正的規(guī)模，有待于進(jìn)一步的開發(fā)和探索。
1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
在一些發(fā)達(dá)國家，風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)已經(jīng)到了一定的成熟階段。國外風(fēng)電發(fā)展速度非常快，裝機(jī)容量以每年30％的速度增長。就目前情況看，歐洲的風(fēng)力發(fā)電機(jī)研發(fā)水平最高，其中以德國與丹麥發(fā)展風(fēng)力發(fā)電機(jī)最為積極。亞洲的風(fēng)電事業(yè)也蓬勃興起，到2002年初，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2220MW占世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康?.1%。其中印度發(fā)展最為迅速，風(fēng)力發(fā)電是一種比較清潔的發(fā)電體系，我國的風(fēng)能資源十分豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約10億kW，其中，陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量約2.53億kW，海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億kW。風(fēng)是沒有公害的能源之一，而且它取之不盡，用之不竭。但是，風(fēng)力發(fā)電要求的技術(shù)含量較高，成本高，對(duì)風(fēng)裝置用不長久。其中，風(fēng)力發(fā)電對(duì)風(fēng)裝置的研制還處在初期階段。風(fēng)力發(fā)電作為未來可取代傳統(tǒng)能源的“綠色能源”之一，其發(fā)展的速度在諸如太陽能、生物質(zhì)能和潮汐能等可再生能源中是最具有市場(chǎng)化規(guī)模及前景的。雖然我國的風(fēng)電事業(yè)起步比較晚，但在國家政策大力支持下，過去10年的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量年均增長速度達(dá)到了55%以上，前景很好。
1.3偏航減速器簡(jiǎn)介
世界各國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了有一臺(tái)將螺旋槳的低速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檫m合發(fā)電的高速轉(zhuǎn)動(dòng)的增速機(jī)之外，還有4至6臺(tái)偏航減速機(jī)，在風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。作為風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要功能就是捕捉風(fēng)向，控制機(jī)艙平穩(wěn)、精確、可靠的對(duì)風(fēng)。因此，偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得十分重要。
偏航減速器中包括3—6級(jí)行星齒輪減速裝置，電機(jī)輸入軸以及輸出軸和輸出齒輪等部件。在高速重載的情況下通過行星齒輪減速來達(dá)到速度要求和扭矩要求。
偏航減速機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的主要裝置,它的研究和開發(fā)是風(fēng)電技術(shù)的核心之一，目前主流的偏航減速機(jī)器正向輕型、高效、高可靠性方向發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電偏航減速機(jī)工作在高空環(huán)境;偏航減速機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配套部件一起組裝，目前國內(nèi)750kw增速的偏航減速機(jī)安裝高度在40一50m，850kw增速的偏航減速機(jī)在60一70m，1.5MW增速的偏航減速機(jī)在80一100m，國際上3MW增速的偏航減速機(jī)安裝高度在120一140m。功率增加，偏航減速機(jī)安裝高度顯著增加，與減速機(jī)功率增加相對(duì)應(yīng)的還有減速機(jī)重量的增加，增速器功率提高，會(huì)引發(fā)增速器安裝高度，增速器重量相應(yīng)一并提高，極大地增加了安裝和以后維護(hù)的費(fèi)用，而增速機(jī)的安裝高度與葉片的長度以及風(fēng)能利用有關(guān)，一旦確定很難改變，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備體積龐大，裝拆非常不便，因此需要在設(shè)計(jì)階段通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)減速機(jī)的輕量化。
由于風(fēng)向的不停變化，獲得最大的風(fēng)能利用率，偏航系統(tǒng)也需要不停的根據(jù)風(fēng)向的
變化調(diào)整對(duì)風(fēng)。由于風(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)常承受無規(guī)律的變向變負(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，作為偏航系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部件的偏航減速機(jī)其工作條件相對(duì)比較惡劣。故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。另外由于風(fēng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部預(yù)留空間的限制，使得偏航減速機(jī)的安裝空間也很有限，因此要求在滿足載荷的條件下，實(shí)現(xiàn)偏航減速機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕量、小體積等。對(duì)整個(gè)設(shè)備的安裝維護(hù)都會(huì)帶來很大的方便。因此可以看基于重量和強(qiáng)度的偏航行星減速機(jī)行星傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于偏航減速機(jī)來說具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
偏航減速機(jī)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航控制系統(tǒng)中，用來調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)向以便獲得最大的風(fēng)力來源，偏航減速機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中必不可少的裝置之一，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電量大小具有極其重要的作用。偏航系統(tǒng)一般都是通過電機(jī)來驅(qū)動(dòng)偏航減速機(jī)來調(diào)整機(jī)頭的轉(zhuǎn)向。因此偏航減速機(jī)需要有大速比的減速，針對(duì)大速比減速的要求和體積限制目前主流的偏航減速機(jī)都采用行星齒輪傳動(dòng)的形式。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，對(duì)于行星傳動(dòng)，由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個(gè)行星輪來共同分擔(dān)載荷，故使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小，所以可采用較小的模數(shù)，此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，而承載能力卻很大。也就是說，行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和動(dòng)軸線的運(yùn)行特性，而且各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)，加之合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合，因此其結(jié)構(gòu)非常緊湊，一般來說，在相同載荷下行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和重量約為普通齒輪傳動(dòng)的1/2一1/6，傳動(dòng)效率高，由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用，在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)，結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其傳動(dòng)效率可達(dá)97%一99%；（3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡，同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。
1.4課題意義
世界經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展和激烈的競(jìng)爭(zhēng)，新能源發(fā)電尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨受到世界各國的普遍重視。目前全世界風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到490萬千瓦，而且還在以年均60％的速度增長，反映了當(dāng)今國際電力發(fā)展的一個(gè)新動(dòng)向。我國有豐富的風(fēng)能資源，又有國外成熟的技術(shù)可以借鑒，大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的條件已經(jīng)具備，應(yīng)該積極發(fā)展。我國國內(nèi)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電對(duì)風(fēng)裝置的廠家很少，其中重慶齒輪廠在這方面的研究最為突出。主要是因?yàn)檫@種減速裝置需要承受特別大的載荷，所以要求各個(gè)零部件的可靠性高。它的工作環(huán)境非常惡劣，一般是安裝在沙丘和海邊，工作溫度為-20℃—50℃。而且，偏航減速器的安裝位置很高，一般安裝在塔臺(tái)上，所以維修及其困難，所以，一般要求偏航減速器的工作壽命達(dá)到20年。因此，偏航減速器的可靠性是各個(gè)研究所和生產(chǎn)廠家重點(diǎn)研究的內(nèi)容。
目前，我國風(fēng)電設(shè)備主要依賴進(jìn)口，在己建成的1864臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中80%的設(shè)備是進(jìn)口的，由于設(shè)備價(jià)格高昂導(dǎo)致中國的風(fēng)電項(xiàng)目成本居高不下，給風(fēng)電產(chǎn)業(yè)帶來了嚴(yán)重影響，另外，進(jìn)口設(shè)備在中國氣候條件下的不適應(yīng)及大量損壞部件得不到及時(shí)更換等問題更阻礙了中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,因此開展風(fēng)電關(guān)鍵部件的研究對(duì)于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，由于國家和企業(yè)投入的資金較少，缺乏基礎(chǔ)研究積累和人才，我國在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)能力上還有待提高，總體來說還處于跟蹤和引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)階段。國內(nèi)定型風(fēng)電機(jī)組的功率均為兆瓦級(jí)以下，最大750千瓦，而市場(chǎng)需要以兆瓦級(jí)為主流，國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組需要進(jìn)行技術(shù)路線的跨越式發(fā)展，技術(shù)路線跨度巨大，因此國內(nèi)的主要的風(fēng)電產(chǎn)品廠家都采用了引進(jìn)、消化、吸收的策略、但是目前引進(jìn)的圖紙雖然先進(jìn)，但受限于國內(nèi)配套廠的技術(shù)、工藝、材料等原因，導(dǎo)致國產(chǎn)化的零部件質(zhì)量、性能無法達(dá)到國外產(chǎn)品的等級(jí)，在圖紙的國產(chǎn)化過程中往往采用降低精度，加大尺寸的策略，使得國產(chǎn)化后的產(chǎn)品往往比較笨重，偏航減速機(jī)齒輪以漸開線齒輪為主，人們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪已經(jīng)有了一套比較成熟的設(shè)計(jì)方法。目前進(jìn)口偏航行星減速機(jī)性能優(yōu)異的原因主要是零件加工精度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮周到，以及特殊材料的使用，國內(nèi)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)行星輪系的時(shí)候往往是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊，相同載荷情況下，往往無法得出與國外的產(chǎn)品接近的參數(shù)，因此對(duì)偏航行星減速機(jī)的齒輪傳動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，對(duì)于產(chǎn)品體積和重量的控制以及減少不必要的材料浪費(fèi)具有重要意義。
在這樣的背景下，提出關(guān)于偏航減速器的設(shè)計(jì)這個(gè)課題，是符合現(xiàn)代的生產(chǎn)潮流和需求的。設(shè)計(jì)一個(gè)可靠性高，生產(chǎn)成本低的偏航減速器對(duì)風(fēng)力發(fā)電具有極其重要的作用。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 技術(shù)要求
1、 設(shè)計(jì)、計(jì)算及精度要求
1）偏航減速器所有齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算應(yīng)符合ISO6336的相關(guān)規(guī)定。
2）偏航減速器的所有齒輪的靜強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)符合ISO6336的相關(guān)規(guī)定。
3）對(duì)采用的軸承必須根據(jù)靜態(tài)載荷和使用壽命來確定軸承的規(guī)格，軸承的計(jì)算應(yīng)符合ISO76和ISO281的相關(guān)規(guī)定。
4）偏航減速器內(nèi)太陽輪和行星輪的精度要大于或等于6級(jí)，內(nèi)齒圈精度不低于7級(jí)。
5）螺紋連接部分的計(jì)算應(yīng)按照GB/T 16823.1-1997的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，螺紋強(qiáng)度等級(jí)不低于8.8級(jí)。
6）偏航減速器必須采用油杯內(nèi)置結(jié)構(gòu)。
2、材料要求
偏航減速器的材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行材料選擇，其主要零部件材料應(yīng)按下列材料進(jìn)行選取：
太陽輪 17CrNiMo6
行星輪 17CrNiMo6
輸出軸 17CrNiMo6
內(nèi)齒圈 42CrMo
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
1、偏航減速器技術(shù)要求
額定功率 4.8KW
額定輸入轉(zhuǎn)速 950RPM
額定輸出力矩 60000N·m
最大輸出力矩 150000N·m
傳動(dòng)比 1300±5%
使用場(chǎng)合系數(shù)KA: 1.3
使用場(chǎng)合系數(shù)Ka（靜態(tài)）： 1.0
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH: ≥1.1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH（靜態(tài)min）： ≥1.0
彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SF: ≥1.25
彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SF（靜態(tài)min）: ≥1.25
密封件 NBR系列
設(shè)計(jì)壽命 20年
運(yùn)行環(huán)境溫度 -30℃～+40℃
生存環(huán)境溫度 -40℃～+50℃
重量 約780Kg
噪聲（聲功率級(jí)） ≤85Db(A)
2、偏航輸出齒輪技術(shù)參數(shù)
模數(shù)m： 20
齒數(shù)Z1: 14
壓力角： 20°
齒面寬度b： 170mm
變位系數(shù)： 0.5
齒面硬度HRC： ≥58
2.3 總體方案設(shè)計(jì)
方案一：如圖2-1所示
圖2-1 三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
此方案采用三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，由i=1300，得i1=9.5，i2=9.0,i3=15.2，因?yàn)闇p速器傳動(dòng)比應(yīng)越來越小，且減速器沿輸出方向轉(zhuǎn)速越來越小，而轉(zhuǎn)矩越來越大，因此，此方案不合理。
方案二：如圖2-2所示
圖2-2 四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
此方案采用四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，由i=1300，得i1=9.2，i2=8.1,i3=5.2，i4=3.5,因?yàn)闇p速器傳動(dòng)比應(yīng)越來越小，且減速器沿輸出方向轉(zhuǎn)速越來越小，而轉(zhuǎn)矩越來越大，因此，此方案合理。綜上所述，選擇方案二。
綜合上述設(shè)計(jì)參數(shù)，此偏航減速器具有傳遞扭矩大、傳動(dòng)比大、徑向尺寸受限、立式安裝、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，本偏航減速器設(shè)計(jì)為立式四級(jí)漸開線齒輪行星傳動(dòng)。
電動(dòng)機(jī)通過鍵傳動(dòng)與第一級(jí)太陽輪相聯(lián)，第一傳動(dòng)級(jí)之間均采用漸開線花鍵聯(lián)接，太陽輪與花鍵做成一體式。同時(shí)，為避免太陽輪磨損過快和便于調(diào)整軸向竄動(dòng)量，上一級(jí)太陽輪與下一級(jí)花鍵間采用摩擦塊相聯(lián)。為了節(jié)省材料和減少成本，四級(jí)內(nèi)齒圈都與箱體分開制造，第一、二、三級(jí)內(nèi)齒圈螺釘和箱體連接在一起，第四級(jí)內(nèi)齒圈用螺栓和箱體連接在一起。
四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)采用脂潤滑，輸出軸與小齒輪為一體式，輸出軸的軸承采用脂潤滑。
第3章 行星輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)傳動(dòng)比i=1300，選用四級(jí)NGW型串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，即。第一、二級(jí)行星輪個(gè)數(shù)均選=3，第三、四級(jí)行星輪個(gè)數(shù)選=4。第二、三、四級(jí)太陽輪浮動(dòng)，第一、二、三級(jí)行星轉(zhuǎn)架浮動(dòng)并與下一級(jí)浮動(dòng)太陽輪用花鍵聯(lián)接并傳遞扭矩。齒輪箱傳動(dòng)采用壓力角的直齒輪傳動(dòng)。精度等級(jí)為外齒輪為6級(jí)，內(nèi)齒輪為7級(jí)。為提高齒輪承載能力，第一、二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)均采用變位齒輪傳動(dòng)，外嚙合，內(nèi)嚙合。根據(jù)技術(shù)協(xié)議內(nèi)容，太陽輪材料選用17CrNiMo6，滲碳淬火，表面硬度大于58HRC，=1358MPa，MPa。行星輪材料選用17CrNiMo6，滲碳淬火，表面硬度大于58HRC，=1358MPa，Mpa。內(nèi)齒輪材料選用42CrMo，滲氮，表面硬度為50HRC，=780MPa，MPa。 輸出軸材料選用17CrNiMo6。
3.2 傳動(dòng)比分配
減速器傳動(dòng)比的分配，由于單級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比最大不超過10，當(dāng)總傳動(dòng)比要求超過此值時(shí)，應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)減速器。此時(shí)就應(yīng)考慮各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配問題，否則將影響到減速器外形尺寸的大小、承載能力能否充分發(fā)揮等。根據(jù)使用要求的不同，可按下列原則分配傳動(dòng)比：（1）使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近于相等；（2）使減速器的外廓尺寸和質(zhì)量最小；（3）使傳動(dòng)具有最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；（4）使各級(jí)傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等。
多級(jí)減速器各級(jí)傳動(dòng)比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會(huì)影響其體積、重量和滑。傳動(dòng)比一般按以下原則分配：使各級(jí)傳動(dòng)承載能力大致相等；使減速器的尺寸與質(zhì)量較??；使各級(jí)齒輪圓周速度較?。徊捎糜驮櫥瑫r(shí)，使各級(jí)齒輪副的大齒輪浸油深度相差較小。
低速級(jí)大齒輪直接影響減速器的尺寸和重量，減小低速級(jí)傳動(dòng)比，即減小了低速級(jí)大齒輪及包容它的機(jī)體的尺寸和重量。增大高速級(jí)的傳動(dòng)比，即增大高速級(jí)大齒輪的尺寸，減小了與低速級(jí)大齒輪的尺寸差，有利于各級(jí)齒輪同時(shí)油浴潤滑；同時(shí)高速級(jí)小齒輪尺寸減小后，降低了高速級(jí)及后面各級(jí)齒輪的圓周速度，有利于降低噪聲和振動(dòng)，提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。故在滿足強(qiáng)度的條件下，末級(jí)傳動(dòng)比小較合理。
減速器的承載能力和壽命，取決于最弱一級(jí)齒輪的強(qiáng)度。僅滿足于強(qiáng)度能通得過，而不追求各級(jí)大致等強(qiáng)度常常會(huì)造成承載能力和使用壽命的很大浪費(fèi)。通用減速器為減少齒輪的數(shù)量，單級(jí)和多級(jí)中同中心距同傳動(dòng)比的齒輪一般取相同參數(shù)。按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)比不按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的通用減速器約半數(shù)產(chǎn)品的承載能力可提高10%-20%，和強(qiáng)度相比，各級(jí)大齒輪浸油深度相近是較次要分配的原則，即使高速級(jí)大齒輪浸不到油，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可設(shè)法使其得到充分的潤滑。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求可知，該行星齒輪減速器傳遞功率高、傳動(dòng)比較大、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，故采用四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。
按各級(jí)行星齒輪傳動(dòng)齒面接觸等強(qiáng)度的傳動(dòng)比分配原則進(jìn)行分配，取:
i1=9.2; i2=8.1; i3=5.2; i4=3.5;
3.3 第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.3.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從抗彎強(qiáng)度和必要的工作可靠性出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取
由裝配條件可知，，滿足條件，取，
，n為整數(shù)，滿足條件
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取
配齒結(jié)果： 。
3.3.2初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
N
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
2、按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.9
——行星輪齒數(shù)，=11
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
mm
取=2，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=2mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距：mm
mm
3.3.3幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-1。
表3-1 第一級(jí)齒輪幾何尺寸 （m=2mm）
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽輪
12
0.4
24.000
22.553
29. 600
20.600
57.000
行星輪
45
-0.4
90.000
84.572
95.600
86.600
內(nèi)齒輪
102
-0.4
204.000
191.697
201.600
208.600
3.3.4齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式：
太陽輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2、內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.3.5 第一級(jí)行星輪軸強(qiáng)度計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=1461.8N，d=20mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.3.6第一級(jí)花鍵強(qiáng)度計(jì)算
花鍵類型：圓柱直齒漸開線花鍵，采用30度平齒根，標(biāo)準(zhǔn)壓力角。
主要優(yōu)點(diǎn)：受載時(shí)齒上有徑向力，能起自動(dòng)定心作用，強(qiáng)度高，壽命長，加工容易。
表3-2內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
10
模數(shù)
m
3
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-3外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
10
模數(shù)
m
3
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.3.7 第一級(jí)軸承校核
風(fēng)力發(fā)電機(jī)常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達(dá)23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性，發(fā)電機(jī)在2-3級(jí)風(fēng)時(shí)就要啟動(dòng)，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設(shè)計(jì)、材料、制造、潤滑及密封都要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。其軸承壽命公式為：
（1）
式中：——軸承壽命，（小時(shí)）；
——基本額定動(dòng)載荷（N）；
——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；
對(duì)接觸角時(shí)， ，
對(duì)接觸角時(shí)，
X、Y值可查[3]表39.3-3
——壽命指數(shù)， 球軸承=3，滾子軸承；
——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）.
同時(shí)，又有
式中：——太陽輪轉(zhuǎn)速，r/min;
——行星輪轉(zhuǎn)速, r/min;
——該級(jí)齒輪傳動(dòng)比;
——行星輪及太陽輪的齒數(shù)比.
經(jīng)計(jì)算，一至四級(jí)的太陽輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為：
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K20×37×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約20.19年。
3.4 第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.4.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知， ，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)
，取。
配齒結(jié)果： 。
3.4.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.7
——行星輪齒數(shù)，=11
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
mm
取=4，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=4mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.4.3 幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-4
表3-4 第二級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=4mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽輪
12
0.4
48.000
45.105
59.200
41.200
96.000
行星輪
36
-0.4
144.000
135.316
155.200
137.200
內(nèi)齒輪
84
-0.4
336.000
315.737
331.200
342.800
3.4.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲強(qiáng)度
這里公計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.4.5第二級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=13553.6N，d=20mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.4.6第二級(jí)輸出端花鍵副
表3-5內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
14
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-6外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
14
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.4.7第二級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K20×37×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，， （轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約22.29年。
3.5 第三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.5.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從抗彎強(qiáng)度和必要的工作可靠性出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知，，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取。
。
配齒結(jié)果：，，。
3.5.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——太陽輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.015
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.8
——行星輪齒數(shù)，=14
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
取=6，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=6mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.5.3幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-7。
表3-7 第三級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=6mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽輪
17
0
102.000
95.849
114.000
87.0
132.000
行星輪
27
0
162.000
152.23
174.000
147.000
內(nèi)齒輪
71
0
426.000
400.309
414.000
441.000
3.5.4齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.5.5 第三級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=19055.8N，d=30mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
3.5.6 第三級(jí)輸出端花鍵副
表3-8內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
24
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-9外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
24
模數(shù)
m
5
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.5.7第三級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承 K30×47×17
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：
這里，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約26.97年。
3.6 第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)
3.6.1 配齒數(shù)
根據(jù)前面所選的傳動(dòng)比，按變位傳動(dòng)選配齒數(shù)。從尺寸要求出發(fā)，取，由傳動(dòng)比條件可知，，取。
由裝配條件可知，，n為整數(shù)，滿足條件。
計(jì)算行星輪齒數(shù)：
，取。
配齒結(jié)果： 。
3.6.2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)
1、按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒分度圓直徑
（1）
式中——行星輪分度圓直徑
——算式系數(shù)，由于是一般的鋼制齒輪，直齒傳動(dòng)取=766
——一對(duì)嚙合副中小齒輪名義轉(zhuǎn)矩（Nm）
Nm
——使用場(chǎng)合系數(shù)，根據(jù)GB/T 19073-2003中的規(guī)定，選=1.30
——計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-7，選=1.05
——綜合系數(shù)，根據(jù)[4]表7.3-4，選=2.0
——小齒輪齒寬系數(shù)，按[4]表7.3-3選
——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限（MPa），取=1358MPa
——齒數(shù)比，
將各數(shù)值代入（1）式中，解得
mm
2.按輪齒抗彎強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)
（2）
式中——行星輪模數(shù)
——算式系數(shù)，直齒傳動(dòng)取=12.1
——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，根據(jù)[4]式7.3-17得=1.15
——綜合系數(shù)，見[4]表7.3-4，選=2
——行星輪齒形系數(shù)，見[4]圖2.5-29，取=2.68
——行星輪齒數(shù)，=16
——試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限（MPa），=390MPa
將各數(shù)值代入（2）中，解得
取=6，則行星輪分度圓直徑mm，與接觸強(qiáng)度初算結(jié)果很接近，故初定mm，m=6mm進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
中心距
mm
mm
3.6.3 幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑，節(jié)圓直徑，基圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑計(jì)算結(jié)果如表3-10：
表3-10 第四級(jí)齒輪幾何尺寸 (m=6mm)
齒輪
齒數(shù)z
變位
系數(shù)
分度圓直徑（mm）
基圓直徑（mm）
齒頂圓直徑（mm）
齒根圓直徑（mm）
中心距（mm）
太陽輪
34
0
204.000
191.697
216.000
189.000
180.000
行星輪
26
0
156.000
146.592
168.000
141.000
內(nèi)齒輪
86
0
516.000
484.881
528.000
501.000
3.6.4 齒面疲勞強(qiáng)度校核
1、外嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中——接觸應(yīng)力基本值
行星輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
太陽輪接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，外嚙合的接觸強(qiáng)度是滿足強(qiáng)度要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
齒根彎曲疲勞應(yīng)力公式
太陽輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
太陽輪彎曲應(yīng)力
MPa
行星輪彎曲應(yīng)力
MPa
太陽輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
行星輪抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)
2.內(nèi)嚙合
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力基本值
內(nèi)齒輪的接觸應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的接觸強(qiáng)度是滿足要求的。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
這里只計(jì)算內(nèi)齒輪，計(jì)算公式同前，內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力基本值
MPa
內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力
MPa
內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，內(nèi)齒輪的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
3.6.5第四級(jí)行星輪軸計(jì)算
由于行星輪軸只受到剪切作用，故可以按銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。已知行星輪軸的材料為45鋼，所受的橫向力F=48505.9N，d=40mm，則行星輪軸所受的剪切應(yīng)力為：
MPa
根據(jù)[3]查得行星輪軸的許用剪切應(yīng)力MPa
故此行星輪軸強(qiáng)度滿足。
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，第一級(jí)行星輪軸直徑為d=20mm；第二級(jí)行星輪軸直徑為d=20mm；第三級(jí)行星輪軸直徑為d=30mm；第四級(jí)行星輪軸直徑為d=40mm。所以行星輪軸均能滿足強(qiáng)度要求。
3.6.6第四級(jí)輸出端花鍵副
表3-11內(nèi)花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
16
模數(shù)
m
10
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6H
6H GB/T3478.1-1995
表3-12外花鍵參數(shù)表
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
齒數(shù)
16
模數(shù)
m
10
壓力角
公差等級(jí)與配合類別
6h
6h GB/T3478.1-1995
3.6.7第四級(jí)軸承校核
所選軸承型號(hào)為；NA 4904 GB5801-94 滾針軸承K40×62×22
其相應(yīng)的參數(shù)如下：,；
查[3]得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：
行星輪圓周力為：
單個(gè)行作用在行星輪軸的力：
這里，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長度單位，力的單位：N）。
軸承受徑向力
代入數(shù)據(jù)計(jì)算：
將所有數(shù)值代入（1）式，的
所以該軸承壽命約22.55年。
3.7電動(dòng)機(jī)輸入處深溝球軸承校核
所選軸承型號(hào)為；KS B 2023 S60-6016-D-C深溝球軸承6016
其相應(yīng)的參數(shù)如下：，=3，，
該軸承徑向受力為0，且估算出該齒輪軸向上受套筒及本身的重力，共計(jì)約30N，即軸承受軸向力 ，則得 。
查[3]表39.3-3，由線性插值法計(jì)算出e=0.017, X=0.05，Y=0.206
將所有數(shù)值代入（1）式，得：
所以該軸承壽命滿足要求。
第4章 三維模型
4.1輸入軸部裝爆炸視圖
第一級(jí)與輸入間箱體
聯(lián)軸器
滾動(dòng)軸承
軸承擋圈
圖4-1輸入軸部裝爆炸視圖
4.2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
內(nèi)齒輪
行星架花鍵
行星輪
滾針軸承
行星輪軸
太陽輪軸鍵
行星輪部裝
套筒
平鍵
圖4-2第一級(jí)行星架部裝爆炸視圖
4.3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
行星架
行星輪部裝
行星輪
滾針軸承
套筒
內(nèi)齒輪
行星輪軸
太陽輪花鍵軸
摩擦塊
圖4-3第二級(jí)行星架部裝爆炸視圖
4.4第三級(jí)行星架部裝爆炸視圖
圓柱頭螺釘
內(nèi)齒輪
行星架
行星輪部裝
行星輪