風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱概述（二）

二、齒輪箱圖例
第四節(jié) 齒輪箱的主要零部件 箱體結(jié)構(gòu)
      箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質(zhì)量。箱體的設(shè)計應(yīng)按照風(fēng)電機組動力傳動的布局安排、加工和裝配條件、便于檢查和維護(hù)等要求來進(jìn)行。應(yīng)注意軸承支承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(jié)構(gòu)和壁厚，增設(shè)必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。
      箱體的應(yīng)力情況十分復(fù)雜且分布不勻，只有采用現(xiàn)代計算方法，如有限元、斷裂力學(xué)等方法輔以摸擬實際工況的光彈實驗，才能較為準(zhǔn)確地計算出應(yīng)力分布的狀況。利用計算機輔助設(shè)計，可以獲得與實際應(yīng)力十分接近的結(jié)果。
采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點， 適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵。用鋁合金或其他輕合金制造的箱體，可使其重量較鑄鐵輕20%~30%， 但從另一角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著。這是因為輕合金鑄件的彈性摸量較小，為了提高剛性，設(shè)計時常須加大箱體受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承座套，相應(yīng)部位的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風(fēng)電機組尚用鋁合金箱體外，大型風(fēng)力發(fā)電齒輪箱應(yīng)用輕鋁合金鑄件箱體已不多見。
      單件、小批生產(chǎn)時，常采用焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減小機械加工過程和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)進(jìn)行退火、時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。
為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應(yīng)設(shè)有觀察窗。機座旁一般設(shè)有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱用。
箱體支座的凸緣應(yīng)具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的耳孔和搖臂支座孔的結(jié)構(gòu)，其支承剛度要作仔細(xì)的核算。為了減小齒輪箱傳到機艙機座的振動，齒輪箱可安裝在彈性減振器上。最簡單的彈性減振器是用高強度橡膠和鋼墊做成的彈性支座塊，合理使用也能取得較好的結(jié)果。
      箱蓋上還應(yīng)設(shè)有透氣罩、油標(biāo)或油位指示器。在相應(yīng)部位設(shè)有注油器和放油孔。放油孔周圍應(yīng)留有足夠的放油空間。采用強制潤滑和冷卻的齒輪箱，在箱體的合適部位設(shè)置進(jìn)出油口和相關(guān)的液壓件的安裝位置。 齒輪和軸的結(jié)構(gòu)
      風(fēng)力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復(fù)雜，要求所用的材料除了要滿足機械強度條件外，還應(yīng)滿足極端溫差條件下所具有的材料特性，如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩(wěn)定性等等。對齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動力的作用而要求極為嚴(yán)格的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當(dāng)齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。
      為了提高承載能力，齒輪、軸一般都采用合金鋼制造。外齒輪推薦采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA 等材料。內(nèi)齒圈和軸類零件推薦采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。采用鍛造方法制取毛坯，可獲得良好的鍛造組織纖維和相應(yīng)的力學(xué)特征。合理的預(yù)熱處理以及中間和最終熱處理工藝，保證了材料的綜合機械性能達(dá)到設(shè)計要求。
      齒輪箱內(nèi)用作主傳動的齒輪精度，外齒輪不低于5級GB/T10095，內(nèi)齒輪不低于6級GB/T10095。通常采用最終熱處理的方法是滲碳淬火，齒表面硬度達(dá)到HRC60+/-2，具有良好的抗磨損接觸強度，輪齒心部則具有相對較低的硬度和較好的韌性，能提高抗彎曲強度，而通常對齒部的最終加工是采用磨齒工藝。
      加工人字齒的時候，如是整體結(jié)構(gòu)，半人字齒輪之間應(yīng)有退刀槽；如是拼裝人字齒輪，則分別將兩半齒輪按普通圓柱齒輪加工，最后用工裝將兩者準(zhǔn)確對齒，再通過過盈配合套裝在軸上。
      齒輪加工中，規(guī)定好加工的工藝基準(zhǔn)非常重要。軸齒輪加工時，常用頂尖頂緊兩軸端中心孔安裝在機床上。圓柱齒輪則利用其內(nèi)孔和一個端面作為工藝基準(zhǔn)，用夾具或通過校準(zhǔn)在機床上定位。
      在一對齒輪副中，小齒輪的齒寬比大齒輪略大一些，這主要是為了補償軸向尺寸變動和便于安裝。為減小軸偏斜和傳動中彈性變形引起載荷不均勻的影響，應(yīng)在齒形加工時對輪齒作修形處理。

齒輪與軸的聯(lián)接
     平鍵聯(lián)接 常用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接。
     花鍵聯(lián)接 通常這種聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定。花鍵聯(lián)接承載能力高，對中性好，但制造成本高，需用專用刀具加工。
     過盈配合聯(lián)接 過盈配合聯(lián)接能使軸和齒輪（或聯(lián)軸節(jié)）具有最好的對中性，特別是在經(jīng)常出現(xiàn)沖擊載荷情況下，這種聯(lián)接能可靠地工作，在風(fēng)力發(fā)電齒輪箱中得到廣泛的應(yīng)用。利用零件間的過盈配合形成的聯(lián)接，其配合表面為圓柱面或圓錐面（錐度可取1：30~1：8）。圓錐面過盈聯(lián)接多用于載荷較大，需多次裝拆的場合。
脹緊套聯(lián)接 利用軸、孔與錐形彈性套之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力來傳遞動力，是一種無鍵聯(lián)接方式，定心性好，裝拆方便，承載能力高，能沿周向和軸向調(diào)節(jié)軸與輪轂的相對位置，且具有安全保護(hù)作用。國家標(biāo)準(zhǔn)GB5867-86對其所推薦的四種脹緊套的結(jié)構(gòu)形式和基本尺寸作了詳細(xì)的規(guī)定。
      齒輪箱中的軸按其主動和被動關(guān)系可分為主動軸、從動軸和中間軸。首級主動軸和末級從動軸的外伸部分用于安裝半聯(lián)軸器，與風(fēng)輪輪轂或電機傳動軸相連。為了提高可靠性和減小外形尺寸，有時將半聯(lián)軸器（法蘭）與軸制成一體。
軸上各個配合部分的軸頸需要進(jìn)行磨削加工。為了減少應(yīng)力集中，對軸上臺肩處的過渡圓角、花鍵向較大軸徑過渡部分，均應(yīng)作必要的處理，例如拋光，以提高軸的疲勞強度。在過盈配合處，為減少輪轂邊緣的應(yīng)力集中，壓合處的軸徑應(yīng)比相鄰部分軸徑加大5%，或在輪轂上開出卸荷槽。裝在軸上的零件，軸向固定應(yīng)可靠，工作載荷應(yīng)盡可能用軸上的止推軸肩來承受，相反方向的固定則可利用螺帽或其他緊固件。為防止螺紋松動，可利用止動墊圈、雙螺帽墊圈、鎖止螺釘或串聯(lián)鐵絲等。有時為了節(jié)省空間，簡化結(jié)構(gòu)，也可以用彈簧擋圈代替螺帽和止動墊圈，但不能用于軸向負(fù)荷過大的地方。
      軸的材料采用碳綱和合金綱。如40、45、50、40Cr、50Cr、42CrMoA等，常用的熱處理方法為進(jìn)行調(diào)質(zhì)，而在重要部位作淬火處理。要求較高時可采用20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi 等優(yōu)質(zhì)低碳合金綱，進(jìn)行滲碳淬火處理，獲取較高的表面硬度和心部較高的韌性。
滾動軸承