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风电齿轮、轴及箱体结构特点

2012-07-30 11:10
flinay
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  风力发电机组齿轮箱的种类很多,按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱;按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱;按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。

  风力发电机组运转环境非常恶劣,受力情况复杂,要求所用的材料除了要满足机械强度条件外,还应满足极端温差条件下所具有的材料特性,如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。对齿轮和轴类零件而言,由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计,一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构,齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内,都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时,由于齿轮与轴之间的连接所限,常制成轴齿轮的形式。

  为了提高承载能力,齿轮、轴一般都采用合金钢制造。外齿轮推荐采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA等材料。内齿圈和轴类零件推荐采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。采用锻造方法制取毛坯,可获得良好的锻造组织纤维和相应的力学特征。合理的预热处理以及中间和最终热处理工艺,保证了材料的综合机械性能达到设计要求。

  齿轮箱内用作主传动的齿轮精度,外齿轮不低于5级GB/T10095,内齿轮不低于6级GB/T10095。通常采用最终热处理的方法是渗碳淬火,齿表面硬度达到HRC60+/-2,具有良好的抗磨损接触强度,轮齿心部则具有相对较低的硬度和较好的韧性,能提高抗弯曲强度,而通常对齿部的最终加工是采用磨齿工艺。

  加工人字齿的时候,如是整体结构,半人字齿轮之间应有退刀槽;如是拼装人字齿轮,则分别将两半齿轮按普通圆柱齿轮加工,最后用工装将两者准确对齿,再通过过盈配合套装在轴上。

  齿轮加工中,规定好加工的工艺基准非常重要。轴齿轮加工时,常用顶尖顶紧两轴端中心孔安装在机床上。圆柱齿轮则利用其内孔和一个端面作为工艺基准,用夹具或通过校准在机床上定位。

  在一对齿轮副中,小齿轮的齿宽比大齿轮略大一些,这主要是为了补偿轴向尺寸变动和便于安装。为减小轴偏斜和传动中弹性变形引起载荷不均匀的影响,应在齿形加工时对轮齿作修形处理。

  轴

  齿轮箱中的轴按其主动和被动关系可分为主动轴、从动轴和中间轴。首级主动轴和末级从动轴的外伸部分用于安装半联轴器,与风轮轮毂或电机传动轴相连。为了提高可靠性和减小外形尺寸,有时将半联轴器(法兰)与轴制成一体。

  轴上各个配合部分的轴颈需要进行磨削加工。为了减少应力集中,对轴上台肩处的过渡圆角、花键向较大轴径过渡部分,均应作必要的处理,例如抛光,以提高轴的疲劳强度。在过盈配合处,为减少轮毂边缘的应力集中,压合处的轴径应比相邻部分轴径加大5%,或在轮毂上开出卸荷槽。装在轴上的零件,轴向固定应可靠,工作载荷应尽可能用轴上的止推轴肩来承受,相反方向的固定则可利用螺帽或其他紧固件。为防止螺纹松动,可利用止动垫圈、双螺帽垫圈、锁止螺钉或串联铁丝等。有时为了节省空间,简化结构,也可以用弹簧挡圈代替螺帽和止动垫圈,但不能用于轴向负荷过大的地方。

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