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电气工程及其自动化专业毕业设计论文风力发电机的设计及风力发电系统的研究
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风力发电机组偏航外文翻译（适用于毕业论文外文翻译+中英文对照）
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官方公共微信（论文）毕 业 论 文姓 系 专 题名： ： 业： 目：电 气 系 风力发电安装与维护 风力发电机组齿轮与风机日常维护指 导 者：风力发电机的齿轮箱的设计摘 要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的
繁荣，风电齿轮箱作为风 电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国 内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要 依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真 正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参 数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。 首先，确定齿轮箱的机械结构。选取一级行星派生型传动方案，通过计 算，确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿 轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 其次， 基于 Pro／E 参数化建模功能， 运用渐开线方程及螺旋线生成理论， 建立斜齿轮的三维参数化模型。 然后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行 理论分析计算。关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，建模（论文） AbstractThe rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late， technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independentdevelopment and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． This paper takes the wind power。The independent design of the gearbox matching for the wind turbine has been carried out by selecting the transmission scheme and calculating the gear parameters。 Firstly, the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected． gear parameters of every stage transmission is The calculated． ，and the force analysis results is obtained．The static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standard．The result shows that it safety requirements． Secondly, the helical gear parametric model is equation and generation theory of spiral Pro／E． Then, the tooth surface contact stress of the gear transmission is calculated． established based on involutes curve is accord withline by using the function of parametric modeling inKey Words：the wind power ，Gearbox for Wind Turbine；Structure Design；Parametric Modeling风力发电机的齿轮箱的设计目 录中文摘要……………..…………………………………………..……….….……………….. .I Abstract……………………………...……………..…………………………..………… 1．0 引言 1.1 课题来源……………………........................…………….…………….…………..……1 1.2 国内外发展现状与趋势.....................…………….…………….………………..2 1.2.1 风力发电国内外发展现状 1.2.2 风电齿轮箱的发展趋势 1.3 课题意义…………………………….…....……….....……………3 1.4 论文的主要内容…………………………….…....……….....……….3 2．0 齿轮箱的设计………..….…………………………….…..….………….5 2.1 增速齿轮箱方案设计……………………………………………………………..5 2.2 齿轮之行星齿轮系…………………………….…………………………...……………..7 2.2.1 行星轮系的齿轮齿………………………….…………………………...………...7 2.3 受力分析与静强度校核……………………...…………………………...9 2.3.1 受力分析 2.3.2 低速级外啮合齿面静强度计算 2.4 本章小结 3．0 传动轴和箱体的设计 3.1 高速轴的设计 3.2 低速轴的设计 3.3 中间轴的设计 3.4 箱体（论文）4．0 齿轮箱的密封、润滑和冷却4.1 齿轮箱的密封 4.2 齿轮箱的润滑、冷却 5．0 齿轮箱的使用及其维护5.1 安装要求 5.2 定期更换润滑油 5.3 齿轮箱常见故障 6．0 基于 Pro／E 的斜齿轮参数化造型6.1Pro／E 参数化建模概述 6.2 齿轮参数化模型建立 6.2.1 设置参数与数学关系式 6.2.2 构造齿廓 6.2.3 生成齿轮 6.3 模型装配 6.4 总结 结论 ………….………….……………………..….……...………..….………...25 致谢………………….……………………..…….…………...………………….26 参考文献.…………….…………………..….…..……………….……………….26风力发电机的齿轮箱的设计1.0 引言纵观社会的发展,科学技术作为第一推动力，当科学技术发展到足够的阶段时，将带 来人类社会突飞猛进的发展。这一事实，在二十世纪表现的越来越来越明显，这一推动力 的作用越来越突出。 正当人们迈向二十一世界时，科学技术的长足进步，促使世界各地各类产业都进入了 结构调整时期。结构调整与重组已使那些最传统、最垄断的行业也发生了人们难以预想到 的变化。社会发展将在重大重组、大调整的过程中走向新时代。 从能源、电力产业看，二十世纪九十年代，世界能源、电力市场发展最迅速的已不再 是石油、煤、天然气，太阳能发电、风力发电等可再生能源异军突起。全世界风力发电容 量在 1990 年的 200 万 KW，2009 年一年内全球新增风力发电装机容量就已达到 3750 万， 而截止到 2011 年 3 月 7 日，我国的风电装机总量有 4182.7 万千瓦，首次超越美国成为世 界上第一风电大国。因此，就新能源、电力方面而言，二十一世纪将是可再生能源的世纪， 能源、电力的开发利用将面临历史的变革。 我国资源与环境状况决定了二十一世纪中国能源资源的利用将走向风能时代。资源是 人类社会赖以生存发展的物质基础，是可持续发展的客观条件。我国资源总量虽大，但人 均居世界后列，是“资源小国” 。在严峻的资源形势面前，我国不能以高消耗资源为代价 换取经济高增长的模式。为实现可持续发展，适应世界发展趋势，能源产业尤其是电力产 业的发展必然选择风能等可再生能源和新能源。 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球 风能资源总量约为 2 万亿千瓦，其中可利用的风能为 200 亿千瓦。中国可开发利用的风能 资源有 10 亿千瓦，其中陆地 2.5 亿千瓦，现在仅开发了不到 0.2%；近海地区有 7.5 亿千 瓦，风能资源十分丰富。陆上风能资源丰富的地区主要分布在“三北”(东北、西北、华 北)地区以及东南沿海地区。三北地区可开发利用的风力资源有 2 亿千瓦，占全国陆地可 开发利用风能的 79%。由此可见中国风力资源是十分丰富的，远远超过可开发的水电和火 电资源量。 近年来随着风电机组单机容量的不断增大，以及风电机组的 投行时间的逐渐累 积，由齿轮箱故障或损坏引起的机组停运事件时有发生，由此带来的直接和间接损失（论文）也越来越大，因此对分离发电机组的维护保养十分重要。维护人员投入相关工作的工 作量也有上升趋势， 这就促使越来越多的风电场开始加强齿轮箱的日常监测和定期保 养工作。 风力发电场在国内作为一种新兴的发电企业形式因其具有自身的发展和生产性质特 点，要求员工必须有较高的专业知识、技术业务水平和必要的技能技巧，因此做好风力发 电机组的运行与维护此论文的书写对本人今后工作具有重要意义。2.0 风与风能资源2.1 风的形成 风是大家最熟悉的自然现象，要了解风的形成必须了解包围着地球的大气的运 动。大气的流动也像水流一样是从压力高处往压力低处流。太阳能正是形成大气压差的原 因。 由于地球自转轴与围绕太阳的公转轴之间存在 66.5°的夹角，因此对地球上不同地 点，太阳照射角度是不同的，而且对同一地点一年 365 天中这个角度也是变化的，因此， 地球上某处所接受的太阳辐射能也是不断变化的。地球南北极接受太阳辐射能少，所以温 度低，气压高；而赤道接受热量多，温度高，气压低。另外，随着地球自转，温度、气压 也存在着昼夜变化。这样由于地球表面各处的温度、气压变化，气流就会从压力高处向压 力低处运动，以便把热量从热带向两极输送，因此形成不同方向的风，并伴随不同的气象 变化。大洋中的海流也起着类似的作用。从全球尺度来看，大气中的气流是巨大的能量传 输介质，地球的自转进一步促进了大气中半永久性的行星尺度环流的形成。地球上风的运 动方向见图 1.1。图 1.1 地球上风的运动方向风力发电机的齿轮箱的设计我国位于亚洲的东南部，所以东亚季风和南亚季风对我国气候变化都有很大的影响。 冬季我国主要在西风带影响下，盛行偏北气流。夏季西风带北移，我国在大陆热带低压控 制下，副热带高压也北移，盛行偏南风。 地球上各处的地形地貌也会影响风的形成，如海边，由于海水热容量大，接受太阳辐 射能后，表面升温慢，陆地热容量小，升温比较快。于是在白天，由于陆地空气温度高， 空气上升而形成海面吹向陆地的海陆风。反之在夜晚，海水降温慢，海面空气温度高，空 气上升而形成由陆地吹向海面的陆海风（图 1.2） 。（a） 白昼海防风； （b）夜间陆海风 图 1.2 海陆风的形成示意图在山区，白天太阳使山上空气温度升高，随着热空气上升，山谷冷空气随之向上运动， 形成“谷风” 。相反到夜间，空气中的热量向高处散发，气体密度增加，空气沿山坡向下 移动，又形成所谓“山风” （见图 1.3）图 1.3 山谷风形成示意图2．2 国内外发展现状与趋势2．2．1 风力发电国内外发展现状 风力发电的快速增长带动了风电设备制造业的发展， 2007 年度全球风电设备市场 总价值达到 360 亿美元。目前， 世界上先进的风电设备制造企业主要集中在少数几个国（论文）家，如丹麦、 德国、 西班牙和美国等， 著名的公司有 Ves tas(丹麦)、 GE Wind(美国)、 Gamesa(西班牙)、Enercon (德国)、 Suzlon(印度)等。图 3 为 2007 年世界风电机组市 场份额图。2007 年， 丹麦的 Vestas 公司占全球市场份额的 22.8%， 前 3 位公司占有 了市场份额的一半多。 值得一提的是， 我国的金风科技股份有限公司也占据了 2007 年世 界风电市场的 4. 2%。中国风资源概况，我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据有关研究成果估计，我国风能 仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。根据全国 900 多个气象站陆地上离地 10m 高度资料进行估算，全 国平均风功率密度为 100W/m2， 风能资源总储量约 32.26 亿千瓦，可开发和利用的陆地上风能储量有 2.53 亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有 7.5 亿千瓦，共计约 10 亿千瓦。如果陆上风电年上网电 量按等效满负荷 2,000 小时计，每年可提供 5,000 亿千瓦时电量；海上风电年上网电量按等效满负荷 2,500 小时计，每年可提供 1.8 万亿千瓦时电量，合计 2.3 万亿千瓦时电量。相当于我国 06 年发电量 2.83 万亿千瓦时的 81％。风能利用空间非常巨大。 我国风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及 附近岛屿以及“三北”（东北、华北、西北）地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，海上风能资源也 非常丰富。 “十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006 年，中国风电累计装机容量已经达到 260 万 千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007 年以来，中国风电产业规模 延续暴发式增长态势。2008 年中国新增风电装机容量达到 719.02 万千瓦，新增装机容量增长率达到 108.4%，累计装机容量跃过 1300 万千瓦大关，达到 1324.22 万千瓦。内蒙古、新疆、辽宁、山东、 广东等地风能资源丰富，风电产业发展较快。进入 2008 年下半年以来，受国际宏观形势影响，中国经 济发展速度趋缓。为有力拉动内需，保持经济社会平稳较快发展，政府加大了对交通、能源领域的固定 资产投资力度，支持和鼓励可再生能源发展。作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇， 在金融危机肆虐的不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，截止到 2009 年初，全国已有 25 个省份、直 辖市、自治区具有风电装机。中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间 都将保持高速发展， 同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。 随着中国风电装机的国产化和发 电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。风电场建设、并网发 电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。2009 年风电行业的利润总额仍将保持高速增 长，经过 2009 年的高速增长，预计
年增速会稍有回落，但增长速度也将达到 60%以上。风力发电机的齿轮箱的设计截止到 2011 年 3 月 7 日， 我国的风电装机总量有 4182.7 万千瓦， 首次超越美国成为世界上第一风电大 国。风力发电发展的主要趋势： ( 1) 机组单机容量增大风电机组单机容量的增大有利于提高风能利用率，降低风场的 占地面积， 降低风电场运行维护成本，从而提高风电的市场竞争力。目前， 国际上主流 的风电机组已达到( 2~ 3)MW， 由德国 Repower 公司研制的最大的 5MW 风电机组已投 入运行，其旋翼区直径达到 126 米。可以预见， ( 3~ 5)MW 的风电机组在市场中的比例 将日益提高。2008 年 2 月在布鲁塞尔举行的风能会议和风能展上， 有与会者甚至提出 了 2020 年前开发出 20MW 风电机组的概念。 ( 2) 海上风电迅速兴起海上风能资源丰富， 且受环境影响小，海上风电场将成为一 个迅速发展的市场。目前丹麦、 德国、 英国、瑞典和荷兰等国家海上风电发展较快。欧 洲风能协会(EWEA)预测， 2020 年，欧洲海上风电总装机容量将达到 70 000MW。虽然 海上风电前景广阔，但目前还有技术等方面的因素制约着它的发展。一方面， 海上风电 机组均为陆上风电机组改造而成， 而复杂的海上自然条件使得风电机组的故障率居高不 下， 如世界最大的海上风电场丹麦 Vestas 霍恩礁风电场， 80 台海上风电机组故障率超 过 70%。另一方面， 电网将难以承受大规模海上风电场所提供的巨大电能。因此， 海上 风电的大发展仍需要解决机组及上网配套设施等方面的问题。 ( 3) 变速恒频技术快速推广目前市场上恒速运行的风电机组一般采用双绕组结构的异 步发电机， 双速运行。在高风速段， 发电机运行在较高转速上;在低风速段，发电机运行 在较低转速上。其优点是控制简单， 可靠性高;缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变 化，因此机组经常处于风能利用系数较低的状态，风能无法得到充分利用。随着风电技术 的进步，风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并结合变桨距技术的应用开发出 了变桨变速风电机组。与恒速运行的风电机组相比， 变速运行的风电机组具有发电量大、 对风速变化的适应性好、 生产成本低、 效率高等优点。因此，变速运行的风电机组也是 未来发展的趋势之一。德国 Enercon 公司是目前全球生产变速风电机组最多的公司。 ( 4) 全功率变流技术兴起近年来，欧洲的 Enercon、 Winwind 等公司都开发和应用 了全功率变流的并网技术， 使风轮和发电机的调速范围达到了 0~ 150%的额定转速， 提（论文）高了风能的利用范围，改善了风场上网电能的质量。Enercon 公司还将原来对每个风电机 组功率因数的分散控制加以集中，由并网变电站来统一调控，实现了电网的有源功率因素 校正和谐波补偿。全功率变流技术将在今后大型风电场建设时得到推广应用。 ( 5) 直驱和半直驱风电机组直驱式风电机组采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的 方式， 免去故障率较高的齿轮箱，在低风速时效率高，且具有低噪声、 高寿命、 运行 维护成本低等优点。近年来直驱式风电机组的装机份额增长较块， 但由于技术和成本等 方面的原因， 在未来较长时间内带增速齿轮箱的风电机组仍将在市场中占主导地位。半 直驱是介于齿轮箱驱动和直接驱动之间的一种驱动方式，它采用一级齿轮箱增速， 结构 紧凑， 具有相对较高的转速和较小的转矩。与传统的齿轮箱驱动相比， 半直驱增加了系 统的可靠性;而与大直径的直驱相比， 半直驱通过更高效和紧凑的机舱排列减小了系统的体 积和重量。（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(14) (16) (15)(13)(12)图 2.2 风力发电机机舱的结构示意图 （1） 导流罩 （2） 叶轮总成 （3） 主轴总成 （4） 照明系统 （5） 润滑散热系统 （6） 齿轮箱 （7）高速刹车 （8）联轴器 （9）发电机 （10）提升机 （14）供电电缆 （11）风向 （15）偏航标，风速仪，引雷器 轴承（16）偏航减速器（12）机舱底座（13）机舱罩风力发电机的齿轮箱的设计2．2．2 风电齿轮箱的发展趋势 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组中最 重要的部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。 风机增速齿轮箱是风力发电整机的配套产品，是风力发电机组中一个重要的机械传动 部件，它的重要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，使其得到相应的 转速进行发电，它的研究和开发是风电技术的核心，并正向高效、高可靠性及大功率方向 发展。 风力发电机组通常安装在高山、荒野、海滩、海岛等野外风口处，经常承受无规律的 变相变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，并且常年经受酷暑严寒和极端温差的作用，故 对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械产品高得多的要求。 风电行业中发展最快，最有影响的国家主要有美国、德国等欧美发达国家，在风电行 业中处于统治地位。欧美发达国家早已开发出单机容量达兆瓦级的风力发电机，并且技术 相对成熟，具有比较完善的设计理论和丰富的设计经验，而且商业化程度比较高，因此在 国际风力发电领域中处于明显的优势和主导地位。 国外兆瓦级风电齿轮箱是随 jxL 电机组的开发而发展起来的，Renk、Flender 等风电 齿轮箱制造公司在产品开发过程中采用三维造型设计、 有限元分析、 动态设计等先进技术， 并通过模拟和试验测试对设计方案进行验证。此外，国外通过理论分析及试验测试对风电 齿轮箱的运行性能进行了系统的研究，为风电齿轮箱的设计提供了可靠的依据。 尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟，但统计数据表明，齿轮箱出现故障仍然是 故障的最主要原因，约占风机故障总数的 20％左右，由于我国商业化大型风力发电产业起 步较晚，技术上较欧美等风能技术发达国家存在报大差距。我国在九五期间开始走引进生 产技术的路子，通过引进和吸收国外成熟的技术，成功研发出了兆瓦级以下风力发电机。2.3 课题意义风力发电是清洁可再生能源， 蕴存量巨大， 具有实际开发利用价值。 中国水电资源 370 GW，风能资源有 250 GW。广东省水电资源 6.6 GW，沿海风能可开发量(H=40 m)8.41 GW。也就是说，风能与水能总量旗鼓相当。大量风能开发不可能靠某个部门或行业的财（论文）政补贴就能解决，商业化不仅是市场的要求，也是风力发电发展的自身需要。所以，风力 发电商业化是必由之路，可行之路。风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其 主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常 风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮 箱齿轮副的增速作 用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承 受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、 阻尼值以及发电机的外部工作条件。 开发新能源是国家能源建设实施可持续发展战略的需要，是促进能源结构调整、减少 环境污染、推进技术进步的重要手段。风力发电是新能源技术中最成熟、最具规模开发条 件和商业化发展前景的发电方式之一。 (1)由于我国风电产业起步较晚，缺乏基础研究积累和人才，我国在风力发电机组的研 发能力上还有待提高，总体来说主要以引进国外先进技术为主。目前国内引进的技术，有 的是国外淘汰的技术，有的图纸虽然先进，但受限于国内配套厂家的技术、工艺、材料等 原因，导致国产化的零部件质量、性能仍有一定差距。所以，在引进国外风机技术的同时， 开发自主知识产权的兆瓦级增速齿轮箱，是加速我国风电产业的一项重要任务。 (2)增速齿轮的设计和制造技术是整个风力发电机组的关键技术， 关系到整个风力发电 机组的命运。因此，要加强齿轮的研究，对齿轮进行结构设计，提高齿轮的啮合质量，降 低噪声，保证齿轮机械效率，提高齿轮的运行可靠性。 (3)增速齿轮箱以渐开线齿轮为主，人们对标准的渐开线齿轮有了一套比较成熟的设 计、强度计算和加工方法。兆瓦级增速齿轮对渐开线齿轮传动提出了新的要求，在尺寸、 重量最小的情况下，可靠地传递高速、重载的运动，这就对齿轮分析的计算精度提出了很 高要求，高精度齿轮分析是轮齿承载能力、振动、噪声及修形等研究的基础。因此，建立 准确的分析模型，准确求解受载轮齿的载荷分布对修形规律的研究具有重要意义。2．4 论文的主要内容论文的主要内容包括是介绍了风力发电的现状发展趋势，及现在各个国家对风力发电 的重视程度。我国现在风力发电的总体情况。齿轮箱作为风机上的零件的重要作用，齿轮风力发电机的齿轮箱的设计箱的发展。还有就是整篇论文关于齿轮箱的设计过程，及校核等等。还有 CAD 二维的装 配图及零件图和基于 PRO/E 的齿轮箱的三维图的绘制，并截取了一些图片附于论文上。 设计此次的行星轮系的齿轮箱，我们拟部分采用减速器的设计方法，再结合书籍资料 完成风力发电齿轮箱的设计，校核，及优化的一系列工作。 关于行星轮系的传动比，及齿轮的计算，会参照《机械原理》等一些书籍的部分内容 进行，还有关于轴的校核，键等等，和齿轮箱的使用和维和等等。 主要的参数如下： 表1输入功率 发电机额定功率 输入转速 传动形式 总传动比 重量 主轴承 1660KW 1500KW 18r/min 一级行星两级定轴 99.5 17t 自调心滚子轴承并明确规定依据 IS06336 进行齿轮计算，按 3 倍额定功率计算静强度&1.0。.外齿轮 制造精度不低于 6 级，齿面硬度 HRC58--62，外齿轮采用 20CrNi2MoA。3.0齿轮箱的设计3．1 增速齿轮箱方案设计对于兆瓦级风电齿轮箱，传动比多在 100 左右，一般有两种传动形式：一级行星+两 级平行轴圆柱齿轮传动，两级行星+一级平行轴圆柱齿轮传动。相对于平行轴圆柱齿轮传 动，行星传动的以下优点：传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功 率范围大，使功率分流；合理使用了内啮合；共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小 而；运动平稳、抗冲击和振动能力较强。在具有上述特点和优越性的同时，行星齿轮传动 也存在一些缺点：结构形式比定轴齿轮传动复杂；对制造质量要求高：由于体积小、散热 面积小导致油温升高，故要求严格的润滑与冷却装置。这两种行星传动与平行轴传动相混 合的传动形式，综合了两者的优点。 依据提供的技术数据， 经过方案比较，总传动比 i=98．74，采用一级行星派生型传动，（论文）即一级行星传动+两级高速轴定轴传动。为补偿不可避免的制造误差，行星传动一般采用 均载机构，均衡各行星轮传递的载荷，提高齿轮的承载能力、啮合平稳性和可靠性，同时 可降低对齿轮的精度要求，从而降低制造成本。 对于具有三个行星轮的传动，常用的均载机构为基本构件浮动。由于太阳轮重量轻， 惯性小，作为均载浮动件时浮动灵敏，结构简单，被广泛应用于中低速工况下的浮动均载， 尤其是具有三个行星轮时，效果最为显著。设计齿轮箱的转动比为 1：98.74，由于减速比 较大，按照此转动比，齿轮箱的结构形式可设计为：一级行星传动+两级平行轴定轴传动。图 5 采用的结构行星齿轮传动由于有多对齿轮同时参与啮合承受载荷，要实现这一目标行星轮系各齿 轮齿数必须要满足一定的几何条件。 (1)保证两太阳轮和系杆转轴的轴线重合，即满足同心条件 Z1 ? 2Z 2 ? Z 3 。 (2)保证3个均布的行星轮相互间不发生干涉，即满足邻接条件。 ( Z1 ? Z 2 ) sin 180 ? Z 2 ? 2ha' K (3)设计行星轮时，为使各基本构件所受径向力平衡，各行星轮在圆周上应均匀分布或对称 分布。为使相邻两个行星轮不相互碰撞，必须保证它们齿顶之间在连接线上有一定问隙。 保证在采用多个行星轮时，各行星轮能够均匀地分布在两太阳轮之间，即满足安装条 件 (Z1 ? Z 3 ) / K ? c c 为整数，装配行星轮时，为使各基本构件所受径向力平衡，各行星 轮在圆周上应均匀分布或对称分布。 (4)保证轮系能够实现给定的传动比 i1H ，即满足传动比条件。当内齿圈不动时有Z 3 / Z1 ? i1H ? 1 以上各式中： Z1 ――中心太阳轮齿数； Z 2 ――行星轮齿数；风力发电机的齿轮箱的设计Z 3 ――内齿圈齿数； K――行星轮个数； ha*――齿顶高系数。（论文）3．3受力分析与静强度校核3．3．1受力分析 行星齿轮传动的主要受力构件有中心轮、行星轮、行星架、轴及轴承等。为进行 齿轮的强度计算，需要对行星轮以及太阳轮进行受力分析。当行星轮数目为3。假定各套行星轮载荷均匀，只需分析其中任一套行星轮与中心轮的组合即可。通常略去摩擦力和重 力的影响，各构件在输入转矩的作用下平衡，构件间的作用力等于反作用力。图6行星齿轮受力分析行星架输入功率为 T1 ，太阳轮输出功率为 Ta ，增速传动比为i，太阳轮节圆直径为dl， 根据斜齿圆柱齿轮传动受力分析公式，齿轮所受切向力、径向力、轴向力分别为： Ft ? 2000 1 / d1 ? 2000 2 / d 2 T T Fr ? Ft ? tan? n / cos ? Fa ? Ft ? tan? 式中： ? n ―法面压力角； ? ―分度圆螺旋角。 得到各个齿轮的受力结果如表2所示。风力发电机的齿轮箱的设计表23．3．2低速级外啮合齿面静强度计算 依据要求，按3倍额定功率计算静强度。(因其余啮合齿轮副的计算步骤、结论与此 相似，在此，仅以低速级外啮合为例。) ①载荷 ： Fcal ? 2000Tmax 式中： Fcal ――计算切向载荷，N； d――轮齿分度圆直径，mm； Tmax ――最大转矩，N?m ②修正载荷系数 因已按最大载荷计算，取使用系数 K A =l。 ③计算安全系数： S H ? ? H lim Z NT Z W ? Hst 式中： ? Hst ――静强度最大齿面应力， N / m m2? Hst ? Z H Z E Z ? Z ?Fcal u ? 1 K V K H? K ? d1b ud∴ S H ? 1.041? 1，符合要求。3．4本章小结依据技术指标，综合行星传动与平行轴传动的有点，选取两级行星派生型传动，采用 太阳轮浮动的均载机构，计算确定了齿轮箱各级传动的参数。对行星传动进行受力分析， 得出各级传动齿轮的受力结果。依据标准，进行静强度校核，结果符合安全要求。4．0 风力发电机组的运行与维护4.1 齿轮箱及维护风轮的转速较低，在多数风力发电机组中，达不到发电机发电要求，必须通过齿轮箱齿轮副的作（论文）用来实现增速，故也将也将齿轮箱称之为增速箱。 金风 S48/750 风力发电机组齿轮箱结构设计目前有两种形式，一是采用一级行星，一级平行轴结 构的设计，即 RENK 结构（如图一） ，另一种是采用 FLENDER 结构，采用一级行星，两级平行轴结构（如 图二） 。Z2 Z3 Z6 Z1 Z4 Z5图 4.1 以及平行轴结构的设计图 4.1 两级平行轴结构的设计4.1.1 齿轮箱的各部分（1）常用齿轮副：直齿和斜齿圆柱齿轮和行星齿轮。实际应用的风力发电机主齿轮系中，最常见 的是由行星齿轮系和平行轴轮系混合构成的。4.1.2 安装要求齿轮箱的主动轴与叶片轮毂的联接必须可靠紧固。输出轴若直接与电机联接时，应采 用合适的联轴器，最好的弹性联轴器，并串接起来保护作用的安全装置。齿轮箱轴线 上和与之相连接的部件的轴线应保证同心， 其误差不得大于所选用联轴器的齿轮箱的风力发电机的齿轮箱的设计允许值，齿轮箱体上也不允许承受附加的扭转力。齿轮箱安装后用人工搬动应灵活， 无卡滞现象。打开观察窗盖检查箱体内部机件应无锈蚀现象。用涂色法检验，齿面接 触斑点应达到技术条件的要求。4.1.3 定期更换润滑油第一次换油应在首次投入运行 500h 后进行，以后的换油周期为每运行 h。 在运行过程中也要注意箱体内油质的变化情况，定期取样化验，若油质发生变化，氧 化生成物过多并超过一定比例时，就应及时更换。齿轮箱应每半年检修一次，备件应 按照正规图纸制造，更换新备件后的齿轮箱，其齿轮啮合情况符合技术条件的规定， 并经过试运转与载荷试验后再正式使用。4.1.4 齿轮箱常见故障齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和渗透油、油温高等。5．0 风力发电机组的日常检查及维护 5.1 维护工作（1）检查所有的零部件的连接、防腐和{漏。（2）更换磨损和损坏的零部件，如磨损的刹车闸块。 （3）润滑轴承 （4）检查油位，定期对油品采样送检。 （5）定期或按油品的检验结果换油 （6）检查主要零部件的功能。5.2、总体检查 （1）检查防腐和渗漏 ①检查所有部件的防腐情况，如果发现有腐蚀现象，必需立即对发生腐蚀现象的部 件按防腐说明的要求进行处理。 ②检查所有的部件，尤其是齿轮箱、液压系统、刹车和液压管路的渗漏。所有的渗 漏都必需找到和处理。更换损坏的零部件和清洁被污染的地方。 ③检查破损 检查所有零部件的破损和其它的损坏。如果重要的零部件发生损坏（尤其是传动 系统上零部件），应立即与供方联系。 （2）检查运行噪音 检查系统运行时有无异常的噪音，尤其应注意轴承、叶片和偏航系统。（论文）（3）检查避雷系统 ①避雷系统的组成：叶片－轮毂－主轴－底座－塔架。 ②检查放电间隙，间隙不能超过 3mm。 ③如果炭刷支架发生腐蚀，则必需更换。 （4）检查叶片外观 ①检查叶片表面有无裂纹。 ②检查叶根法兰有无腐蚀。 ③检查叶片后缘有无损伤。 ④表面污染物，如昆虫、油或污点。 ⑤叶片尖端收集器5.3、发电机与液压系统的检查工作(1)整体检查, 运行噪音 ①检查端子盒及端子是否清洁。 ②确保所有电气元件连接牢固。 ③检查冷却风扇是否清洁。 (2)润滑轴承 轴承安装有润滑系统。用加油枪把油脂从油嘴处打入。①轴承内的油脂不会过满，因为多余的油脂会通过轴承间隙从轴承圈外部溢出。 ②轴承润滑要在发电机运转时进行！ ③润滑时必须使用规定的油脂。不同的油脂混合使用会降低润滑效率，并且会损坏轴承。 （3） 、液压系统，①检查油位 ②检查过滤器液压油过滤器上安装 了一个污染指示器，如果指示出污染，则必须更 换过滤器。 ③检查接头有无泄漏 ④检查所有的油管和接头是否有泄漏，如果发现有泄漏，必须要找到原因并排除。 ⑤液压系统中使用的油管必须要检查是否有脆化和破裂。如果发现有严重的脆化和破 裂，则必须更换有问题的油管。 ⑥检查启动和停机时的压力 液压系统启动和停机时的压力必须要检查。其压力值通过压力表观察。 启动压力: 140 bar 停止压力: 150 bar 系统压力低于 140bar 时油泵启动建压，压力到达 150bar 时油泵停止。 ⑦更换液压油，将液压油注入一合适的容器内，加入新油。5.4、偏航刹车及轴承的检查工作风力发电机的齿轮箱的设计5.4.1、偏航刹车 （1）检查液压接头是否紧固和有无泄漏 ①检查液压接头是否有泄漏（如果有必要，紧固接头） ②检查漏油量，如果漏油量大的话，则表明活塞密封磨损，必须更换密封圈。 （2）检查偏航刹车闸块 检查闸块厚度，必要时更换。 （3）更换偏航刹车闸块 如果闸块磨损后其厚度小于 2 mm 则须更换，(成对更换). （4）检查偏航刹车盘是否有油脂和油 刹车盘必须无油脂和油。如果盘上有油或油脂，必须要找到原因并排除。闸块必须要 更换掉。 （5）检查刹车盘表面状态 ①评测表面情况。盘面必须要平整，如果发现较严重的划痕或裂纹，则要更换刹车盘 和闸块。 ②检查刹车盘是否变色。 5.4.2 偏航轴承 （1）检查外观，检查轴承是否有损伤。 （2）润滑滚道 ①偏航轴承的润滑是通过 7 个加油嘴进行的，每年一次。 ②每个油嘴加注 20g 油脂，机舱偏航 360° 两次。 （3）润滑偏航齿轮 ①驱动小齿轮的运动会造成齿边缘有老的润滑脂堆积，这些老的油脂必须要清除。 ②在清除废油时一定要注意不要损坏了密封圈。 ③在齿轮表面均匀的涂上新的油脂。 （4）检查偏航齿轮外观 齿轮的啮合面必须要进行检查。（论文） 结 论经过了这么长时间的毕业设计，期间还经历了很长时间的工作培训实习，可以说毕业 设计的时间还是耽误了很多，所以对于我来说，毕业设计的时间实在是少了很多。开始设 计到现在，其实自己体会很深的还是设计的难度，这可以说是自己第一次亲自的设计画图 等一系列的工作，没有了以前的同学合作共同设计一项任务时的轻松，这个设计还是需要 靠自己的劳动。 经过了这么久，自己还是感觉到在大学期间学到的知识是有多么的少，虽然现在后悔 已经来不及了，匮乏的基础知识还是给自己的毕业设计增加了很多的不必要的难度，可以 看出自己在这个设计上的难度是在一直的增加。 可是，当一个个的数据自己算出来，一个个的图自己画出来的时候，那时候的快了才 是自己感觉的，别人是替代不了的。 设计接近尾声，只能说，一切的经历真的使自己成长了很多，包括知识和技能上的成 长，还是在人品和素质上的提高。这是一个机会，一辈子也就这么一次的机会，这样的机 会很难得，所以大家还是要珍惜，珍惜大学生活珍惜这样的机会。风力发电机的齿轮箱的设计 致 谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多 考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是 难以想象的。 在这里首先要感谢于涛老师，本论文是在于涛老师的精心指导和热情关怀下完成的。 从课题的选择、试验方案的确定到论文的撰写，老师给予了富有启发性的指导，帮助我解 决了课题中的许多问题。王老师严谨的治学态度、高尚的学术风范以及高深的专业知识造 诣都给了我诸多教益，这些我都会受益终生。 同时还要感谢各任课老师，他们在讲坛上充满智慧的谈吐，把我引进了科学技术的殿 堂；他们严谨的治学态度和敏锐的洞察力，为我在探索道路上的前行指明了方向；他们乐 观的态度以及可敬的亲和力，呵护着我们蹒跚前行；他们对我的指导将让我受益终身。还 要感谢我的同学们，我们在一起的有益探讨有时使我茅塞领开，和他们在完成课题的过程 中合作非常愉快，真诚地感谢他们。 东北电力大学给予我宝贵的学习机会，在这三年里使我学到了很多知识，让我顺利完 成学业，对此我表示深深的感谢。谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。（论文） 参考文献[1] 秦大同，王子坤.基于动力学和可靠性的风力发电齿轮传动系统参数优化设计[J].重 庆大学学报，7(44)，-6。 [2] 张巍，浅谈风力发电系统的组成及设计[J].农村电工，2001，3。 [3] 秦大同， 王子坤， 基于动力学的风力发电齿轮传动系统可靠性评估[J].重庆大学学报， 2007，12。 [4] 吴义纯，丁明. 基于蒙特卡罗仿真的风力发电系统可靠性评价[j]，电力自动化设备， 2004，12。 [5] 饶振刚，国防工业出版社， 《行星齿轮传动设计》 ，1994（2） 。 [6] 程明， 张芸乾， 张建忠， 《风力发电机的发展现状及进展》 电力科学与技术学报，2009 ， 年 3（24） 。[6]姚兴佳，宋俊.风力发电机组原理与应用[M].机械工业出版社，2009. 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