1.概述
    對(duì)于兩級(jí)行星一級(jí)平行軸結(jié)構(gòu)的風(fēng)電齒輪箱，當(dāng)傳遞功率級(jí)別相同而接口尺寸發(fā)生變化時(shí)，考慮到行星輪的匹配較為復(fù)雜等因素，通常的辦法就是改變平行軸齒輪傳動(dòng)參數(shù)從而設(shè)計(jì)出符合用戶要求的齒輪箱結(jié)構(gòu)。但在相應(yīng)的中心距和傳動(dòng)比，傳動(dòng)功率等都已經(jīng)確定的情況下，需要綜合考慮多方面的因素，才能設(shè)計(jì)出傳動(dòng)質(zhì)量和承載能力符合要求的齒輪副。
    本文以南機(jī)公司生產(chǎn)的某兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱的三級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)為實(shí)例，介紹其設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程。該齒輪副接口要求，中心距615mm，小齒輪轉(zhuǎn)速1733.7r/m，功率1682.5kW，傳動(dòng)比5.72土0.05。
2.齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    2.1標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)
    根據(jù)中心矩及傳動(dòng)比要求，先按標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)，初步確定齒數(shù)，模數(shù)，齒寬等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算確定其齒輪副基本幾何參數(shù)如表1所示：
    計(jì)算其傳動(dòng)質(zhì)量性能指標(biāo)，并根據(jù)S06336計(jì)算其齒面接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，如表2所示：
    通過(guò)校核可知該齒輪副彎曲和接觸疲勞強(qiáng)度均較低，不能達(dá)到風(fēng)電齒輪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC61400或GL規(guī)定的要求。因此必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　2.2變位齒輪設(shè)計(jì)
　　為了提高齒輪齒根強(qiáng)度，首先將壓力角增加到25度，同時(shí)在考慮不增加太大軸向力的情況下，將螺旋角增加到8.5度以增加軸向重合度從而提高齒面接觸疲勞強(qiáng)度。在壓力角和螺旋角調(diào)整后，重新計(jì)算其總的變位量為：-0.4242，然后對(duì)變位系
數(shù)進(jìn)行選擇分配。
　　由于齒輪變位系數(shù)的選擇時(shí)要受加工不根切、不頂切，齒頂不過(guò)薄，保證重合度及不產(chǎn)生過(guò)度曲線干涉等限制，所以對(duì)變位系數(shù)分配的優(yōu)化就一直是齒輪傳動(dòng)行業(yè)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。在目前公開(kāi)文章中，都是利用齒輪變位系數(shù)的相關(guān)限制條件，提出優(yōu)化目標(biāo)，并進(jìn)行計(jì)算得出，其過(guò)程均較為復(fù)雜。齒輪設(shè)計(jì)手冊(cè)里變位系數(shù)的分配一般是通過(guò)查圖表得來(lái)，在有些文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)中變位系數(shù)的分配可以用解析法表示，在此我們重點(diǎn)考慮齒輪滑動(dòng)系數(shù)的影響。

　　齒輪傳動(dòng)時(shí)，由于兩齒輪齒廓嚙合點(diǎn)的線速度不同，兩齒廓之間必將產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。從而產(chǎn)生摩擦，使兩齒廓受到磨損。又由于兩齒廓在不同嚙合點(diǎn)時(shí)兩齒廓的相對(duì)滑動(dòng)速度不同，所以齒廓上各部分受到的磨損程度也不一樣。設(shè)Dsl和Ds2為兩嚙合齒廓在點(diǎn)K附近于同一時(shí)間Dt內(nèi)分別走過(guò)的兩小段小弧，由于相對(duì)滑動(dòng)，所以Dsl和Ds2并不相等，其差成為滑動(dòng)弧。顯然滑動(dòng)弧愈大說(shuō)明齒廓的相對(duì)滑動(dòng)速度愈大，對(duì)齒廓相對(duì)磨損程度也愈嚴(yán)重。單滑動(dòng)弧并不能完全說(shuō)明兩齒廓上任一點(diǎn)的磨損程度，因?yàn)榛瑒?dòng)弧對(duì)兩齒廓來(lái)說(shuō)都相同，但在同一時(shí)間內(nèi)，兩齒廓所走過(guò)的弧長(zhǎng)Dsl和Ds2并不相等，走過(guò)較長(zhǎng)弧的齒廓磨損程度輕于走過(guò)較短弧齒廓的磨損程度，所以滑動(dòng)弧與齒廓所走過(guò)弧長(zhǎng)的比值 (Dsl-Ds2) /Dsl和(Ds2-Dsl) IM的極限值才反應(yīng)出兩齒廓在該點(diǎn)K處的磨損程度。此比值的極限值我們稱(chēng)為齒廓在該點(diǎn)的滑動(dòng)系數(shù)。
　　所以對(duì)于滑動(dòng)系數(shù)的應(yīng)用，我們一要選擇合適的參數(shù)盡量使兩齒廓的滑動(dòng)系數(shù)相近，二是要利用齒輪微觀修形等手段盡量降低實(shí)際運(yùn)行中的滑動(dòng)系數(shù)，使其盡量小于1。
　　經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和調(diào)整，綜合考慮大小齒輪彎曲強(qiáng)度，最后我們確定齒輪參數(shù)如表3所示：
　　此時(shí)齒輪傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)和安全系數(shù)如表4所示：
　　由上表4可知，通過(guò)齒輪變位等一系列優(yōu)化，其重合度增大，滑動(dòng)系數(shù)減小，傳動(dòng)質(zhì)量提高，其接觸和彎曲疲勞安全系數(shù)得到大幅提高，達(dá)到了GL規(guī)定的接觸疲勞安全系數(shù)大于1.2,彎曲疲勞安全系數(shù)大于1.5的要求。