论文总字数：17449字

摘 要

本文首先对风电齿轮箱国内与国外的现状进行简单介绍，通过几种方案的的比对，确定最终方案；由额定2MW功率和给定转速进行传动比的分配，设计了功率分流式二级行星齿轮加一级平行轴传动机构；根据机械设计手册标准计算出每一级的模数与齿数，然后进行强度校核，基于 Pro/e 三维建模软件，建立齿轮箱及内部零件的模型图，并把这些零件简单装配，并通过机构功能实现运动仿真。 接着将Pro/e通过与有限元分析软件ANSYS中的workbench模块建立接口，把Pro/e装配图导入workbench中进行应力分析；然后对输入轴、输出轴和行星轮心轴进行设计与校核，以及各个轴上的零件的选择与设计；最后完成CAD图的绘制。

关键词：风电齿轮箱 行星传动 设计 有限元分析

Design of transmission system for 2MW wind power gear box

Abstract

In this paper, the present situation of domestic and foreign wind turbine gearbox is introduced, and the final plan is determined by the comparison of several plans. The distribution of the transmission ratio from the rated 2MW power and the given speed is designed, and the power split type two planets The gears plus a level parallel shaft drive mechanism; according to the mechanical design manual standard calculation of each level of modulus and the number of teeth, and then the intensity check, based on Pro/e three-dimensional modeling software, the establishment of gearbox and internal parts of the model, and these parts are simply assembled, and through the organization function to achieve motion simulation. Then Pro/e through the finite element analysis software ANSYS workbench module in the interface, the Pro/e assembly diagram into the workbench for stress analysis; and then the input shaft, output shaft and planetary wheel mandrel design and verification, as well as the various parts of the shaft selection and design; Finally complete the CAD drawing.

Keywords: wind power; gearbox; planetary transmission; design; finite element analysis

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2风电齿轮箱国内外现状 1

1.2.1风电齿轮箱国内外发展现状 1

1.2.2我国风电齿轮箱设计制造技术现状 2

第二章 总体方案的确定 3

2.1设计要求及参数选择 3

2.1.1设计要求 3

2.1.2参数选择 3

2.2方案选择 3

2.2.1方案论述 3

2.2.2方案确定 4

2.3 本章小结 6

第三章 齿轮设计与校核 7

3.1第一级行星齿轮系统传动设计与校核 7

3.1.1齿轮基本参数计算 7

3.1.2行星轮齿轮装配条件验算与几何参数 8

3.1.3行星轮传动齿轮强度校核 9

3.2第二级行星齿轮系统传动设计与校核 13

3.2.1齿轮基本参数计算 13

3.2.3行星轮传动齿轮强度校核 15

3.3第三级平行轴渐开线斜齿轮设计与校核 19

3.3.1齿轮基本参数计算 19

3.3.2齿轮强度校核与几何参数 20

3.4基于ANSYS的有限元分析 23

3.4.1进行有限元分析的必要性 23

3.4.2第一级行星齿轮系的接触应力分析 24

3.4 本章小结 26

第四章 传动轴及轴上零件的设计与校核 26

4.1第一级行星轮心轴的设计与校核 26

4.1.1初步确定轴的最小轴径 26

4.1.2行星轮心轴上零件的设计 27

4.1.3行星轮心轴强度计算与轴承寿命计算 27

4.2第二级行星轮心轴的设计与校核 28

4.2.1初步确定轴的最小轴径 28

4.2.2行星轮心轴上零件的设计 28

4.2.3行星轮心轴强度计算与轴承寿命计算 29

4.3渐开线斜齿轮输出轴设计 30

4.3.1初步确定轴的最小直径 30

4.3.2输出轴上零件的设计 30

4.3.3输出轴强度计算与轴承寿命计算 30

4.4输入轴设计 31

4.4.1初步确定轴的最小直径 31

4.4.2输入轴上轴承的设计 32

4.5本章小结 32

第五章 齿轮箱及其它部件的设计 33

5.1传动齿轮箱箱体设计 33

5.2齿轮箱的密封、润滑、冷却 33

5.2.1 齿轮箱的密封 33

5.2.2 齿轮箱的润滑、冷却 33

5.3轴系部件的结构设计 34

5.4本章小结 34

第六章 总结与展望 35

总结 35

展望 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

一个国家经济的发展往往是通过利用各种自然环境中的能源为基础，而化石能源是目前经济发展很重要的一部分，但化石能源对环境的破坏性却很大，因此为了解决化石燃料能源的可持续发展，我们必须要寻找洁净的能源，将可持续能源发展的问题解决。

而风力发电具有建设周期短、装机规模灵活、不污染环境、不消耗燃料等优点，被世界各国优先采用[1]。查资料知，2015年我们国家新增装机容量为3075万千瓦，超过我国历史水平。当年共有9家整机商的新增装机容量超过100万千瓦，其中2家整机商新增装机容量超过了300万千瓦[2]。风电齿轮箱是整个风电机组重要的部件，因为风轮直接连接发电机不足以完成发电需求，故需要齿轮箱进行增速，本论文即设计2MW风电齿轮箱。

1.2风电齿轮箱国内外现状

齿轮箱不仅是整个风电机组中成本较大的部件之一，大约占风电机组总成本的18% 左右，而且是风电机组中的薄弱环节之一[3]。因为风力发电机组是直接放在空旷的自然环境中，多变的自然条件的会严重损害风机的性能，使用时会产生故障，在高空固定风电机舱时也没有那么牢固，最容易出现问题的地方就是增速齿轮箱。因此，改进齿轮箱的薄弱环节，增加其工作时间是很重要的。

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