风力发电机传动系统的设计

/学号密级公开xxxxxxxxx本科生毕业设计风力发电机传动系统的设计学院名称：培黎工程技术学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：马指导老师：同教授二○一三年五月BACHELOR'SDEGREETHESISOFLANZHOUCITYUNIVERSITYDesignofTransmissionSystemofWindPowerGeneratorCollege:SchoolofBailieEngineering&TechnologySubject:MechanicDesignManufacturingandAutomationName:MaDirectedby:ProfessorTongChanghongMay2013

慎重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行探讨工作所取得的成果，全部数据、图片资料真实牢靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的探讨成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的探讨工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的学问产权归属于培育单位。本人签名：日期：摘要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的旺盛，传动系统是风电机组的核心系统，而齿轮箱又为双馈式风电机组传动系统的核心部件，备受国内外风电行业和探讨机构的关注。但由于国内齿轮箱的探讨起步晚，技术薄弱，尤其在目前兆瓦级风力发电机中，其属于易过载和过早损坏率较高的部件，且易出故障。和之相对应的，直驱式风力发电机具备低风速时高效率、低噪音等优点，但直驱式发电机组在风力发电越来越大型化发展的今日，其过于浩大的低速发电机运输、吊装困难，制造成本较高。二者相比较，考虑到结构、经济问题，我们就不得不重新思索如何提高齿轮箱的传动效率，从而提高传动系统的传动效率。本文在对风力发电机的结构、原理深化了解、探讨的基础上，对其传动系统的齿轮增速系统进行自主设计。先确定齿轮箱的传动型式，选取一级行星和两级平行定轴传动方案，再支配传动比，通过计算，确定各齿轮齿数，并对其进行接触强度校核，结果符合平安要求。关键词：风力发电机；传动系统；直驱式；双馈式；齿轮增速箱

ABSTRACTThefastdevelopmentofwindpowerindustryhelpstobringaboutboomingofwindpowerequipmentmanufacturingbusiness.Transmissionsystemisthecoreofthewindturbinesystemandgearbox,concernedbythewindpowerindustryandresearchinstitutionsathomeandabroad,isthecorecomponentofdoubly-fedwindturbinetransmissionsystem.Butasaresultoftheresearchofdomesticgearboxstartedlateandtechnologyisweak,especiallyinthemegawattwindturbine,itbelongstoeasytooverloadandhighratesofprematurefailurepartsandiseasytooutoforder.Andatthesametime,directdrivewindturbinesiswiththeadvantagesofhighefficiencyandlownoisewhenlowwindspeed,butdirectdrivewindpowergeneratorinmoreandmorelarge-scaledevelopmenttoday,low-speedgeneratoristoolargetotransportandhoistandthemanufacturingcostishigher.Aftercomparedwiththem,consideringthestructureandtheeconomicproblems,wearegoingtohavetorethinkhowtoimprovethetransmissionefficiencyofgearbox,soastoimprovethetransmissionefficiencyoftransmissionsystem.Onthebasisofdeepunderstandingthestructureandprincipleofwindturbine,ihavebeendoinganindependentdesignaboutgeargrowthsystemofwindturbinetransmissionsystemanditispresentedinthispaper.Firstly,determinethetransmissiontypeofthegearbox,selectlevelofplanetsandtwolevelparallelfixedaxletransmissionscheme,distributetransmissionratio,throughcalculation,determinethegearteeth,andcontactstrengthcheck,theresultisinconformitywiththesafetyrequirements.Keyword:winddrivengenerator;drivesystem;directdrive;doubly-fed;step-upgearbox

目录TOC\o"1-4"\h\z\u第1章绪论 11.1风力发电机探讨的背景及其意义 11.1.1风力发电机探讨的背景 11.1.2风力发电探讨的意义 11.2风力发电发展的过程、现状及趋势 21.2.1风力发电初创时期 21.2.2风力发电徘徊发展期 21.2.3风力发电的现状及趋势 31.2.4我国风力发电技术存在的问题 41.3本文探讨的主要内容 5第2章风力发电机组的组成和驱动结构型式 62.1概述 62.2风力发电机组的组成和结构 72.3风力发电机的结构型式 102.3.1直驱型风力发电机 102.3.2双馈型风力发电机 112.3.3直驱型风力发电机和双馈型风力发电机的特性比较 12第3章风力发电机组传动系统设计 143.1传动系统的结构 143.2风力发电机传动系统布置型式及其特点比较 143.3增速齿轮箱传动系统的典型结构型式及分析 153.4增速齿轮箱传动系统设计 173.4.1设计的主要内容 173.4.2齿轮增速传动系统设计 193.4.2.1传动比的支配 203.4.2.2行星齿轮选用满意的几何条件 203.4.2.3传动部分参数计算 203.4.2.4齿轮参数确定 213.4.3箱体 303.4.4齿轮箱的冷却和润滑 313.4.5齿轮箱的运用及其维护 313.5联轴器的选用 32总结和展望 33参考文献 34致谢 35附录 36第1章绪论1.1风力发电机探讨的背景及其意义1.1.1风力发电机探讨的背景风能是一种可再生的自然资源，是太阳能的转化形式,具体指的是太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不匀整，从而使空气沿水平方向运动，空气流淌所形成的动能。据统计，地球上的风能理论隐藏量约为2.74×1015MW,可开发利用的风能为2.×109MW，是地球水能的10倍，只要能够运用地球上1%的风能就能满意全球能源的须要。风能是人类利用历史悠久的能源和动力之一，风能利用主要包括风力发电、风帆助航、风车提水、风力磨坊、风力锯木等。人类对于风能的利用已有千年的历史，风能最早的利用方式是“风帆行舟”、利用“方格形风车”（Panemon）来带动石磨磨谷等。12世纪，风车从中东传入欧洲。据认为，是班师的十字军将风车的概念和设计带到了欧洲，风力和水力很快就在中世纪的英格兰成了机械能的主要来源。今日，荷兰人将风车视为国宝，北欧国家保留的大量荷兰式的大风车，已成为人类文明是的见证。如1895年，丹尼尔﹒哈利戴起先发展了后来演化成鼎鼎出名的“美国农场风车”。在今日，假如没有这种风车，那么在美国、阿根廷和澳大利亚的许多地区，牲畜的牧场饲养也不是不行能的。19世纪末，丹麦人首先研制了风力发电机。1891年丹麦建成了世界第一座风力发电站。到1973年发生石油危机后，风力发电进入了一个蓬勃发展的阶段，在世界不同地区建立了许多大、中型的风电场。同时，气候的变更也推动了风电技术的进一步升温。预料到21世纪中叶，风能将会成为世界能源供应的支柱之一，成为人类社会可持续发展的主要动力源[1]。1.1.2风力发电探讨的意义从我国来看，改革开放以来,由于我国的经济增长基本建立在高消耗，高污染的传统发展模式上,出现了比较严峻的环境污染和生态破坏,环境和发展的冲突日益突出。再加之不断增加的人口因素,这一切最终的结果是资源相对短缺，生态环境脆弱，环境容量不足，这也慢慢成为中国发展中的重大问题。从世界范围内来看，风力发电作为无污染的可再生能源随着世界范围内石油、煤炭储量的不断削减和燃用石油、煤炭等对环境污染产生严峻影响。因此，节约能源，提高能源利用率，大力开发运用新能源和可再生能源，逐步以干净能源替代矿物燃料，是我国能源建设和发展应遵循的原则，也是实施可持续发展战略的一个重要组成部分，对于环境爱惜和增加能源供应有着主动作用。此种状况下风能的利用受到人们的关注，但我国的风力发电机大多引进国外整套设备，从中国大范围、许久开发风能的须要来看，单纯依靠国外进口风机绝不是根本出路。只有在引进国外先进技术的同时发展我们自己的风机制造业，才是百年大计，才能保证不会面临淘汰的紧急。因此研制具有自主学问产权的风力发电机具有特殊重大的意义。总之，发展风电技术，对于缓解能源危机,爱惜环境，发展国民经济具有深远的意义。1.2风力发电发展的过程、现状及趋势1.2.1风力发电初创时期 风力发电初创时期从1887—1888年冬到二十世纪30年头初起先，主要代表有美国人布拉什安装了一台被现代人认为是第一台自动运行的且用于发电的风力发电机，以及1891年，丹麦人拉库尔（LaCour）教授设计建立了世界上第一座风力发电试验站，接受蓄电池充、放电方式供电，获得成功，并得到推广应用。1897年，LaCour教授独创了快速转动、叶片数少的风力发电机，在发电时比低转速的风力发电效率高得多，如图1.1。到小容量的风力发电机组技术已经比较成熟，并得到广泛的推广和应用。图1.1四叶片直流风力发电图1.2Gedser风力发电机1.2.2风力发电徘徊发展期从20世纪30年头初到60年头末，为风力发电的其次个阶段。此时风力发电处于徘徊时期。比如,丹麦在风力发电机并网方面探讨比较深化，取得了许多成果。1942年，丹麦公司在Bobo岛安装了一批两叶片和三叶片的风机，这些风机（和它们的前辈一样）发的是直流电，如图1.2,最具代表性的是盖瑟（Gedser）风力发电机组。创新的200kW盖瑟风力发电机在1956—1957年由JohannesJuul为SEAS电力公司建成，风机安装在丹麦南部的盖瑟海岸。三叶片，上风向，带有电动机械偏航和异步发电机的风力发电机是现代风力发电机的设计先驱。这台风力机是失速调整型风力机，JohannesJuul独创了紧急气动叶片尖刹车，在风力机过塑是通过离心力的作用解放。基本上和现代失速型风力发电机上运用着相同的系统。这台风力发电机，在随后的许多年始终是世界上最大的。它在无需维护的状况下，运行了11年。同样的，法国、英国、德国在这一时期对风力发电技术都取得了一些进展，但仍由于一些客观技术缘由的存在，仍没有将风力发电技术发展到对于当时来说的最大化。如前所述，为了找到更加廉价的能源，世界各国对风力发电寄予厚望，也投入了大量的人力、物力、财力，研制成功了一些大型风力发电机，取得了一些阅历，但在20世纪60年头初，由于石油价格降低，风力发电在造价和稳定牢靠性方面远竞争不过火力发电，所以风力发电的探讨又停滞下来[1]。1.2.3风力发电的现状及趋势随着国际社会能源紧缺压力的不断增大，环境问题日益严峻化，风力发电得到了高度的重视。二十多年来，风电技术日趋成熟，应用规模越来越广。其中我国增长最快，维持100%的增速，当年吊装完成1400万千瓦，比2008年增加了760万千瓦，同比增长120%；欧盟实现装机容量1056万千瓦，同比增长17%；美国净增992万千瓦，同比增长19%。依据全球风能理事会的统计，截止到2010年12月，2010年全球风能新增装机3850万千瓦，累计装机19440万千瓦，同比2009年（15870万千瓦）增长了22.5%。2010年新增风电投资近473亿欧元（650亿美元）。从风电发展的区域分布区域来看，2010年欧洲、亚洲、北美仍分居世界三甲，2010年底的装机容量分别达到8756万千瓦、5828万千瓦合4699万千瓦。欧洲虽然仍居首位，但是和亚洲、北美的差距正在缩小，我国风电新增容量超过欧盟。业内人士普遍估计，到2010年三大风电装机容量将基本持平。从国别来看，我国以累计装机容量4478万千瓦稳居首位，美国以4027万千瓦的装机容量位居其次，德国以2736万千瓦的容量位居第三，西班牙和印度位居第四和第五，累计装机容量分别2030万千瓦和1297万千瓦。进入前十名的还有法国（596万千瓦）、英国（586万千瓦）、意大利（579万千瓦）、加拿大（401万千瓦）、和葡萄牙（383万千瓦），详见图1.3。

图1.32010年全球风电装机排名前十的国家总之,随着各国政策的倾斜和科技的不断进步,世界风力发电发展快速,呈现出了广袤的前景。将来数年世界风力发展的趋势可能如下发展:(1)风力发电从陆地向海面拓展。(2)单机容量进一步增大单机容量为5MW的风机已经进入商业化运行阶段。(3)在技术上,经过不断发展,世界风力发电机组慢慢形成了水平轴、三叶片、上风向、管式塔的统一形式.进入21世纪后,随着电力电子技术、微机限制技术和材料技术的不断发展,世界风力发电技术得到了飞速发展,主要体现在:1)变桨距功率调整方式快速取代定桨距功率调整方式。2)变速恒频方式快速取代恒速恒频方式。3)无齿轮箱系统的直驱方式增多。(4)风力发电机组更加特性化。(5)从事风力发电的队伍进一步扩大[2]。1.2.4我国风力发电技术存在的问题虽然目前我国的风电发展速度特殊快,但和发达国家相比,主要存在以下问题:1．国内风力发电机产量不足,很大一部分核心设备主要从国外进口,选购 价格较高;同时某些技术瓶颈也使生产成本增加,故风力发电的能源价格居高不下。2．从发电量因数的比较可以看出,我国的发电量因数还不到世界的一半,这就意味着我国风力发电机的安装量和发电量严峻不成比例。3．我国近海的风能资源比陆上丰富,具有更高、更稳定的风速;和陆上相比,可供应的能量超过120%～140%以上,故海上风力发电的发展在我国将来特殊重要。但是,我国的海上风电发展已慢于世界其他国家,且在技术研发方面也有不小的差距。1.3本文探讨的主要内容风力发电机依据有无齿轮箱分为直驱式风力发电机和双馈式风力发电机以及介于二者之中的半直驱式风力发电机。而当前风电技术和设备的发展主要呈现大型化、变速运行、变桨距、无齿轮箱等特点。双馈式风力发电机，由于极对数小，因而结构比较简洁，体积小，但是由于须要齿轮增速箱，因此传动系统结构比较困难，齿轮箱设计、运行维护困难，简洁出故障。直驱风电机组的风轮干脆驱动发电机转子旋转，不须要齿轮箱增速，从而提高了传动效率和牢靠性，削减了故障点，但是直驱式机组的发电机极对数高，体积比较大，结构也困难得多。所以本文在基于对二者优缺点的对比中，取长补短进行对传动系统的优化设计，即对双馈式风力发电机的增速齿轮箱进行设计，使传动系统既具有双馈式的增速作用，又能够具备直驱式的高的传动效率。

第2章风力发电机组的组成和驱动结构型式2.1概述风力发电机的功能是将风轮获得的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。对风力发电机组的基本要求是在风电场所处的气候和环境条件下长期平安输送，以较低的成本获得最大的年度发电量。图2.1为风力发电设备示意。如图所示机械传动、偏航、液压、制动、发电机和限制等系统大部分都装在机舱内部，机舱外伸部分则是轮毂支撑的风轮。偏航系统干脆安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承和偏航机构连接，并安装在塔架上，可随时依据风向变更调整迎风风向[3]。图2.1风力发电设备示意风电机组的主要部件布置要使得机组在运行时，机头（机舱和风轮）中心和塔架中心相一样，整个机舱底部和塔架的连接应能抵抗风轮对塔架造成的动力负载和乏累负载作用。机舱外壳是玻璃纤维和环氧树脂制造的机舱罩，具有低成本、重量轻、强度高的特点，能有效地防雨、防潮和抵抗盐雾、风沙的侵蚀。图2.2是上风向、三叶片、水平轴、变桨变速带齿轮箱的兆瓦级风电主流结构。风电机的风轮旋转产生的能量，通过轮毂、主轴、齿轮箱的高速轴和柔性联轴器送到发电机。之所以运用齿轮箱，是为了将风轮上的低转速高转矩能量，转换为用于发电机上的高转速低转矩的能量，这样就可以运用就结构较小的一般电机发电。假如不运用齿轮增速箱，在很低的风轮转速下只能用一个技术较多的发电机，而用发电机转子的质量和转矩大小成正比例，这样的发电机将特殊浩大和笨重。直驱式风力发电机就是没有齿轮增速箱，由风轮干脆驱动发电机，亦称无齿轮箱风力发电机，如图2.3所示。图2.2风电机组的结构图图2.3直驱式风力发电机结构2.2风力发电机组的组成和结构如图2.1所示，风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、限制和平安系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。其工作过程流程图如图2.4。风力发电机传动系统风轮风能机械能机械能电能风力发电机传动系统风轮图2.4风力发电机的工作过程1．风轮风力机区分于其他机械的最主要特征就是风轮。风轮一般由2~3个叶片和轮毂组成，其主要功能就是将风能转换为机械能。一般风力机从审美观点看一般三叶片更令人满意。叶片是吸取风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片的根部和主轴的连接件。全部从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是限制叶片桨距（是叶片做俯仰转动）的所在。图2.5轮毂2．传动系统叶轮产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机,风力机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器、制动器和平安过载爱惜装置等组成。齿轮用于增加叶轮转速,从20到50r/min增速到1000到1500r/min,驱动发动机。齿轮箱有两种:平行轴式和行星式。但有些风力机的轮毂干脆连接到齿轮箱上，不须要低速传动轴。还有些风力机（特殊是小型风力机）设计成无齿轮箱的，风轮干脆连接发电机。传动系统要按输出功率和最大扭矩载荷来设计。3．偏航系统（对风装置）偏航系统主要有两个作用：其一是风力发电机组的限制系统相互协作，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是供应必要的紧缩力矩，以保障风力发电机组的平安运行。偏航系统工作原理：风向标作为感应元件，对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定旋转方向和偏航角度，风向标将风向变更用脉冲信号传递到偏航点击的限制回路的处理器里，经过偏航系统调整软件比较后处理给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航叮嘱，为了削减偏航时的陀螺力矩，风机转速将通过同轴连结的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对准风向，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。4．液压和制动系统液压系统的主要功能是向制动系统或液压、伺服变桨距限制系统的工作油缸供应压力油，由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀组成。制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分。5．发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。齿轮箱高速轴和发电机轴通过柔性联轴器连接，发电机通过四个橡皮减震器和机舱底盘连接，这种结构可以有效地降低发电机噪声。风电机组要求发电机在负荷相对较低的状况下，仍保持有较高的效率，因为风电机组大多数时间内在较低风速下运行。风力发电机系统包括发电机、变流器、水循环装置（水泵、水箱）或空冷装置。常见的发电机由异步发电机和同步发电机两种。6．限制系统限制系统利用微处理机，逻辑程序限制器或单片机通过对运行过程中输入信号的采集、传输、分析，来限制风电机组的转速和功率，如发生故障或其他异样状况能自动地检测并分析确定缘由，自动调整解除故障或进入爱惜状态。其主要任务是自动限制风电机组运行，依照其特性自动检测故障并依据状况实行相应的措施。主要包括限制和检测两部分。依据风电机组的结构和载荷状况、风况、变桨变速特点及其他外部条件，将组的运行状况主要分为以下几类：待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式，人工停机方式和紧急停机方式。7．机舱 机舱的布置应遵循以下原则：(1)操作和修理便利。(2)功能效率要求高。(3)尽量保持机舱静平衡，使机舱的重心位于机舱的对称面内，在塔架和风轮之间偏塔架轴线一方。这样便于吊具设计、机舱吊装，并有利于偏航回转装置负载匀整。图2.6机舱布置图1—轮毂2—增速3—机舱罩4—联轴器5—电控系统6—发电机7—冷却器8—泵站9—偏航驱动10—偏航制动11—偏航轴承12—底座13—弹性底座14—叶片8．塔架和基础塔架是支持风轮、发电机等部件的架子，还承受风向风力机和塔架的风压及风力机运行中的动载荷。塔架不仅要有确定的高度，使风力机处于较为志向的位置上（及涡流影响较小的高度）运转，还必需具有足够的乏累强度，能承受风轮引起的振动载荷，包括启动和停机的周期性影响、突风变更、塔影效应等。风力机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且依据当地地质状况设计成不同的形式。其中心预置和塔架连接的基础件，以便将风力发电机组牢坚实定在基础上，基础四周还要设置和防雷机的接地系统[3]。2.3风力发电机的结构型式风力发电机依据传动系统有无齿轮箱分类，分为直驱型风力发电机和双馈式风力发电机。下面主要以依据有无齿轮箱，探讨直驱式和双馈式风力发电机的工作特性，其中主要以双馈式为主。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是接受了风轮可变速变桨运行，传动系统接受齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术接受了风轮和发电机干脆耦合的传动方式，发电机多接受多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是牢靠性和效率都进一步得到了提高。还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合。2.3.1直驱型风力发电机直驱式风力发电机，是一种由风力干脆驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机接受多极电机和叶轮干脆连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。干脆驱动式变速恒频（DDVSCF）风力发电系统框图如图2.7所示，风轮和同步发电机干脆连接，无需升速齿轮箱。首先将风能转化为频率、幅值均变更的三相沟通电，经过整流之后变为直流，然后通过逆变器变换为恒幅恒频的三相沟通电并入电网。通过中间电力电子变流器环节，对系统有功功率和无功功率进行限制，实现最大功率跟踪，最大效率利用风能。和双馈式风力发电系统相比，直驱式风力发电系统的优点在于：（1）传动部件的削减，提高了风力发电机组的牢靠性、能源利用率和生产周期缩短；（2）变速恒频技术的接受提高了风电机组的效率；（3）机械传动部件的削减降低了风力发电机组的噪音、提高了整机效率；（4）牢靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本，修理工作量也大大降低了；（5）利用现代电力电子技术可以实现对电网有功功率无功功率的灵敏限制；（6）发电机和电网之间接受全功率逆变流器输出功率完全可控，使发电机和电网之间的相互影响削减，电网故障时对发电机的损害较小。其缺点在于：(1)由于直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮干脆和发电机相连接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。(2)为了提高发电效率，发电机的极数特殊大，通常在100极左右，发电机的结构变得特殊困难，体积浩大，须要进行整机吊装；(3)由于全功率连接，使得功率变换器造价昂贵，限制困难；(4)用于干脆驱动发电的发电机，工作在低转速、高转矩状态，电机设计困难、极数多、尺寸大造成体积大、造价高、运输、安装困难。图2.7干脆驱动式风力发电系统框图[4]2.3.2双馈型风力发电机双馈型发电机又被人们称之为沟通励磁发电机。双馈型风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必需在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、须要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中接受的双向变频器结构和限制困难；电刷和滑环间也存在机械磨损。双馈型风力发电机组的特点是接受了多级齿轮箱驱动有刷双馈式异步发电机。它的发电机的转速高，转矩小，重量轻，体积小，变流器容量小，但齿轮箱的运行维护成本高且存在机械运行损耗。双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器和电网相连，如图2.8所示。在风力发电中接受沟通励磁双馈风力发电方案，可以获得以下优越的性能：(1)调整励磁电流的频率可以在不同的转速下实现恒频发电，满意用电负载和并网的要求，即变速恒频运行。这样可以从能量最大利用等角度去调整转速，提高发电机组的经济效益。(2)调整励磁电流的有功重量和无功重量，可以独立调整发电机的有功功率和无功功率。这样不但可以调整电网的功率因数，补偿电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。(3)由于接受了沟通励磁，发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即可以依据电网电压、电流和发电机的转速来调整励磁电流，精确的调整发电机输出电压，使其能满意要求。(4)由于限制方案是在转子电路实现的，而流过转子电路的功率是由沟通励磁发电机的转速运行范围所确定的转差功率，它仅仅是额定功率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，削减了变频器的成本。图2.8双馈式变速恒频风力发电系统结构框图[4]2.3.3直驱型风力发电机和双馈型风力发电机的特性比较双馈式风力发电机组的特点是接受了多级齿轮箱驱动有刷双馈式异步发电机。它的发电机的转速高，转矩小，重量轻，体积小，变流器容量小，但齿轮箱的运行维护成本高且存在机械运行损耗。直驱式风力发电机组在传动链中省掉了齿轮箱，将风轮和低速同步发电机干脆连接，然后通过变流器全变流上网，降低了机械故障的概率和定期维护的成本，同时提高了风电转换效率和运行牢靠性，但是电机体积大、价格高。表2.1直驱式和双馈式风力发电机的特性比较机型和特性励磁双馈型风力发机组永磁直驱风力发电机组统维护成本较高（齿轮箱故障多）低系统价格中高系统效率较高高变流其容量全功率的1/3全功率变流变流系统稳定性中高电机滑环半年换碳刷，两年换滑环无碳刷，滑环电机重量轻重电机种类励磁永磁，设计时要考虑永磁体退磁问题综上文所述，双馈式较之直驱式具有下列特点：

（1）励磁双馈风电机组具有很高的性价比，尤其适合变速恒频风力发电系统，因而在将来一段时间内照旧是风电行业的主流机型。

（2）永磁直驱风电机组牢靠性高、运行维护简洁；电网运行质量大大提高。在技术经济条件成熟时，永磁直驱风电机组有望成为风电领域更受欢迎的产品。目前，由于双馈风电机组技术特殊成熟，生产厂商较多，业主选择性更强，运行阅历丰富，仍是风电场开发的主流机型。而直驱风电机组技术尚未完全成熟，国内生产厂商较少，有些机型还处在设计研发阶段，并且已投人运行的机组运行时间较短，其性能、工艺质量尚需时日考验，更大兆瓦级直驱风电机组仍需在结构、材料、工艺等方面进一步探讨。

第3章风力发电机组传动系统设计3.1传动系统的结构 风力发电机组机械传动系统是指将风轮获得的空气动力以机械方式传递到发电机的整个轴系及其组成部分，由主轴、齿轮箱、联轴器、制动器和过载平安爱惜装置等组成。风力发电机组主传动系统有各种各样的布置方式，因而其结构形式也具有多样化的特点。轴系的结构主要和接受的发电机形式有关。目前，双馈式风力发电机一般接受齿轮箱增速。图3.1带增速齿轮箱的风电机组传动系统示意图[5]3.2风力发电机传动系统布置型式及其特点比较传统的风力发电机接受齿轮增速装置，按主轴轴承的支撑方式风力发电机组传动形式分为“两点式”、“三点式”、“一点式”和“内置式”四种，具体见表3.1。表3.1四种布置方式的比较特性分布方式概念比较优点缺点两点式主轴用两个轴承座支撑，其中靠近轮毂的轴承作为固定端，另一个轴承作为浮动端，①让主轴及其轴承承受风轮的大部分载荷，削减风轮载荷突变对齿轮箱的影响②稳定性最好①轴系较长，增大了机舱的体积和重量②机组功率越大，随着主轴直径和长度的增大，机舱布置和吊装难度也随之增大三点式该种方式事实上是在“两点式”的基础上省去了一个主轴的轴承，由主轴前端轴承和齿轮向两侧的支架组成①缩短轴向尺寸②简化了结构①对齿轮箱的承载实力要求高②噪声大一点式该种布置不需主轴，风轮法兰干脆通过一个大轴承支撑在机架上齿轮箱的输入轴不会因弯曲力矩而变形不需主轴，齿轮箱箱体和机舱支架做成一体传动装置紧凑①传动链的前轴承、齿轮箱和箱架合的机架结构设计难度加大②对零件的强度和性能的要求较高内置式该种布置是将主轴、主轴承和齿轮相集成在一起，主轴内置于齿轮箱内，主轴和第一级行星轮接受花键或过盈连接，风轮载荷通过箱体传到主轴机架上①结构紧凑②风轮和主轴装配便利③齿轮箱内齿轮接受集中强制润滑，润滑效果好④现场安装、维护工作量小①齿轮箱外形尺寸和重量大②制造成本相对较高③风轮载荷干脆作用在齿轮箱箱体上，度齿轮和轴承的运转影响较大3.3增速齿轮箱传动系统的典型结构型式及分析风力发电机组齿轮箱的种类许多，依据传统类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及他们相互组合起来的齿轮箱；依据传动的技术分为单机和多级齿轮箱；依据传动的布置形式又分为绽开式、分流式和同轴式以及混合式等[3]。近年来，风力发电机组已发展到兆瓦级，下面就兆瓦级风电机组齿轮箱予以简洁的介绍。1．一级行星和两级平行轴齿轮传动一级行星和两级平行轴齿轮传动形式，其传动原理简洁的概括为，行星架将风轮动力传至行星轮（通常设置三个行星轮），再经过中心太阳轮到平行轴齿轮，经两级平行轴齿轮传递是高速轴输出。图3.2的视图显示了动力传递和增速线路以及齿轮箱结构。机组的主轴和齿轮箱输入轴（行星架）利用胀紧套连接，装拆便利，能保证良好的对中性，且削减应力集中。在行星齿轮级中常利用太阳轮的浮动实现均载。这种结构在1～2MW的机组中应用较多。

图3.2一级行星和两级平行轴齿轮传动齿轮箱2．两级行星齿轮和一级平行轴齿轮传动两级行星齿轮和一级平行轴齿轮传动型式，接受了两级行星齿轮增速可获得较大增速比，实际应用时在两行星级之外加上一级平行轴齿轮，错开中心位置，以便利用中心通孔通入电缆或液压管路。图3.3的视图显示了其动力传递和增速线路以及结构。图3.3两级行星和一级平行轴齿轮传动箱齿轮3．内啮合齿轮分流定轴传动内啮合齿轮分流定轴传动是将一级行星和两级平行轴齿轮传动结构的行星架和箱体固定在一起，行星轮轴也变成固定轴，内齿圈成为主动轮，动力通常由三根齿轮分流传至同轴连接的三个大齿轮，再将动力汇合到中心轮传至末级平行轴齿轮。这种传动方式也通常用于半直驱机组的传动装置中。由内齿圈输入，将功率分流到几个轴齿轮，再从同轴的几个大齿轮传递到下一级平行轴齿轮，相当于行星架固定，内齿圈作为主动轮，再排行星齿轮变为定轴传动。这种装置由于没有周转轴，有利于布置润滑油路。另外从结构上看各个组件可独立拆卸，便于在机舱内进行检修。分流差动齿轮传动对于分流差动齿轮传动方式可以通过图3.4来了解，如图所示，则是利用差动和行星齿轮传动进行动力分流和合流的传动方式，可在结构设计中增加行星轮的个数，并接受柔性行星轮轴，是载荷支配更加匀整，用于较大功率场合。由图中可以看出，行星架传入的动力一部分经行星轮左侧传至太阳轮，另一部分通过和行星架项链的大内齿圈经一组定轴齿轮传至太阳轮，由于差动传递的作用，两部分的动力在此合成输出，传至末级平行轴齿轮。图3.4内啮合齿轮分流定轴传动3.4增速齿轮箱传动系统设计随着风力发电技术的日趋成熟，风电机组正向大型化发展，由于风能资源一般分布在环境相对极其恶劣、人烟稀有的极地地方，而风电场的安置又必需以风能的分布为先决条件。所以，相对来说，鉴于对风力机的装机、传动效率、维护、修理方面的缘由，提高风力机的牢靠性是不容置缓。如其次章中所述，现代风力机的结构形式依据有无齿轮箱可分为带增速齿轮箱风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组。由其特性可知，尽管直驱式风电机组具有简化传动结构的特点，在风力发电机组容量越来越向大型化发展的今日，过于浩大的低速发电机造成的运输、吊装难题，加上较高制造成本的条件限制，不得不回过头来思索如何减小机构的体积和重量以及降低成本的途径。适当运用齿轮增速或利用功率分流的方法是解决问题的思路之一。3.4.1设计的主要内容和其它工业齿轮箱相比,由于风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内,其本身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载、安装修理费用等都有重要影响。同时,由于修理不便、修理成本高,通常要求齿轮箱的设计寿命为20年,对牢靠性的要求也极其苛刻。因此，总体设计阶段应在满意牢靠性和工作寿命要求的前提下,以最小体积、最小重量为目标进行传动方案的比较和优化；结构设计应以满意传递功率和空间限制为前提,尽量考虑结构简洁、运行牢靠、修理便利。由于叶尖线速度不能过高,因此随着单机容量的增大,齿轮箱的额定输入转速慢慢降低,兆瓦以上级机组的额定转速一般不超过20r/min。另一方面,发电机的额定转速一般为1500或1800r/min,因此大型风电增速齿轮箱的速比一般在75～100左右。为了减小齿轮箱的体积,500kW以上的风电增速箱通常接受功率分流的行星传动；500kW～1000kW常见结构有一级行星和两级平行轴以及二级行星和一级平行轴传动两种形式；兆瓦级齿轮箱多接受一级行星和两级平行轴传动的结构。由于行星传动结构相对困难,而且大型内齿圈加工困难,成本较高,即使接受2级行星传动,也以NWG传动形式最为常见[6]。结合以上分析，设计此次的增速齿轮箱的传动方式接受行星轮系，以图3.5作为参考传动方案，初步拟定定轴部分接受减速器的设计方法，再结合书籍资料完成风力发电齿轮箱的设计，校核，CAD二维的装配图及其零件图。关于行星轮系的传动比，及齿轮的计算，会参照《机械原理》《机械设计手册》等一些书籍的部分内容进行，还有关于轴的计算等。有关设计的主要参数如表3.2所示。表3.2齿轮箱设计的重要参数输入功率0.55kW输入转速范围10～20r/min[5]风轮转速18r/min传动形式一级行星和两级平行定轴总传动比100发电机型号FG500M46-4RB+KK发电机额定功率1560kW发电机转速范围1000～2000r/min发电机额定转速1800r/min由于风力发电机组运转的环境特殊恶劣，受力状况困难，要求所用的材料除了要满意机械强度条件外，还应能满意极端温差条件下所具有的材料特性，比如抗拒低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等。并且外齿轮制造精度不低于6级，齿面硬度58～62HRC。同时，为了提高承载实力，所以，齿轮、轴类接受合金钢制造，具体为外齿轮接受20CrMnMo材料，内齿圈和轴类零件接受42CrMo材料。表3.3所选材料的部分特性[8]钢号热处理状态截面尺寸力学性能硬度HBS直径D/mm壁厚s/mmσbσsδ5ψak/J·cm-2/N·mm-2/%20CrMnMo渗碳+正火+低温回火30≤10015≤50≥1079≥834≥785≥490≥7≥15≥40≥40≥39.2≥39.2表56～62HRC心28～33HRC42CrMo调质100～250250～300300～50050～125125～150150～250735～883637588589490441≥14≥141040353058.839.239.2207～269207～269207～2693.4.2齿轮增速传动系统设计依据设计要求，即发电机的转速要求达到2000r/min左右，依据现有风力机相对应的发电机的功率及额定转速选取1.5MW双馈异步风力发电机，包括常温型、防盐雾性、低温型。一般对于兆瓦级风电齿轮箱，传动比一般多在100左右，传动系统多接受行星传动，因为行星传动具有以下优点：第一，传动效率高，体积小，重量轻，结构简洁，制造便利，传递功率范围大，使功率分流；其次，合理运用内啮合，共轴线式的传动装置，使轴向尺寸大大缩小；第三，运动平稳、抗冲击和振动实力较强。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困难；对制造质量要求高；由于体积小，散热面积小，导致油温上升，故对于润滑和冷却装置要求严格。而这两种行星传动和平行轴传动相混合的传动形式，综合了两者的优点。因此，依据供应的技术数据，设计齿轮箱的传动比为1:100，由于增速比较大，依据此传动比，齿轮箱的传动结构形式可设计为：一级行星和两级平行轴传动[7]。图3.5一级行星+两级平行轴传动简图3.4.2.1传动比的支配依据设计参数，已知风轮转速为n发=18r/min，电动机转速nm=1800r/min则总传动比i==合理的支配传动比是传动系统设计的一个重要问题。它将干脆影响到传动系统外廓尺寸重量、润滑及传动机构的中心距等多方面。所以为了使齿轮传动系统结构紧凑，外形轮廓尺寸相对较小，所一般对增速传动系统于传动比的支配是高速级的传动比低于低速级。因此依据定轴轮系传动比的支配范围选取合理的传动比，选取两级定轴传动比i定=i2×i3=4×4则一级行星齿轮传动比iⅠ=100÷（4×4）≈6.253.4.2.2行星齿轮选用满意的几何条件行星齿轮传动由于多对齿轮同时参和啮合承受载荷，要实现这一目标行星轮系各齿轮齿数必需要满意确定的几何条件。(1)保证两太阳轮和系杆转轴的轴线重合，即满意同心条件Zs+2Zp=Zr。(2)保证3个均布的行星轮相互间不发生干涉，即满意邻接条件：（Zs+Zp）sin>Zp+2ha*(3)设计行星轮时，为了不使行星轮各基本构件所受径向力平衡，各行星轮在圆周上应匀整分布或对称分布，即满意均布条件：保证在接受多个行星轮时，各行星轮能够匀整地分布在两太阳轮之间，即满意安装条件（Zs+Zr）/K=P，P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匀整分布或对称分布。(4)保证轮系能够实现给定的传动比i1H，即满意传动比条件。当内齿圈不动时有Zr/Zs=i1H-1以上各式中：Zs为中心太阳轮齿数；Zp为行星轮齿数；Zr为内齿圈齿数；K为行星轮个数；ha*为齿顶高系数。3.4.2.3传动部分参数计算1．各轴的转速n（r/min）高速轴Ⅳ的转速nⅣ=nm=1800r/min中间轴Ⅲ的转速nⅢ=nⅣ/i3低速轴Ⅱ的转速(太阳轮S所在轴)nⅡ=nⅢ/i2行星架的转速nⅠ=n风式中：nm为发电机的转速；n风为风轮的输入转速；i3为定轴平行轴间传动比；i2为太阳轮和低速轴间传动比。2．各轴的输入功率P（kW）风轮的输入功率PⅠ=0.55kW低速轴Ⅱ的输入功率PⅡ=PⅠcmgS1中间轴Ⅲ的输入功率PⅢ=PⅡ2g2高速轴Ⅳ的输入功率PⅣ=PⅢgc式中：c为联轴器的的效率；g为一对轴承的效率；m为考虑齿轮啮合摩擦损失的效率；s为考虑润滑油搅动和飞溅的液力损失的效率；1低速级齿轮传动的效率；2为高速级齿轮传动的效率。3．各轴的输入转矩风轮的输入转矩TⅠ=9550PⅠ/nⅠ低速轴Ⅱ的输入转矩TⅡ=9550PⅡ/nⅡ中间轴Ⅲ的输入转矩TⅢ=9550PⅡ/nⅡ高速轴Ⅳ的输入转矩TⅣ=9550PⅢ/nⅢ表3.4传动参数的数据表项目风轮轴Ⅰ低速轴Ⅱ中间轴Ⅲ高速轴Ⅳ发电机功率P/kW0.550.520.510.50额定1560转矩T/(N·m)291.8044.1410.822.65—转速n/(r/min)18112.545018001800传动比i6.2544—效率0.950.970.980.963.4.2.4齿轮参数确定1．行星轮系的齿轮参数依据行星轮系的传动所须要满意的条件确定所需参数。在前面已经确定一级行星轮的传动比为i1=6.25，则其转化轮系的传动比，依据《机械设计手册》（第五版）中第五章，渐开线圆柱齿轮行星传动，参照表14-5-5，NGW型行星齿轮传动的齿数组合，选取齿数组合为当P=3，且将传动比圆整为i1=6.26时，ZS=23，ZP=49，ZR=121.传动比误差为0.14%，远远小于要求的不应超过其范围的4%，在合理的范围之内[8]。(1)选定齿轮类型，精度等级，材料1）选择直齿轮圆柱齿轮。2）齿轮精度等级为6级精度。3）材料选择为20CrMnMo，硬度为表56～62HRC，心28～33HRC，热处理应为渗碳+淬火+低温回火。(2)依据齿面接触强度初算S-Pi传动中心距和模数[8]输入转矩则在一对S-Pi传动中，传递给小齿轮（太阳轮）的转矩为TⅠ=9550PⅠ/nⅠ=291.8N·m设载荷不匀整系数KC=1.15齿数比==≈2.13太阳轮和行星轮的材料选用如上表所示，齿面硬度具体要求：太阳轮59~63HRC,行星轮为53~58HRC；=1500MPa，许用接触应力=0.9=1500×0.9=1350MPa取齿宽系数=1，载荷系数K=1.8，则中心距=483×（2.13+1）=97.78mm模数m==2.71mm，依据GB/T1357-1987，取标准模数m=3mm为提高啮合齿轮副的承载实力，将Zp削减2个齿，改为Zp=47，并进行不等角变位，则S-Pi传动未变位时的中心距为=（23+47）=105mm依据系数j===1.05，查图14-5-4，预取啮合角=，则=S-Pi传动中心距变动系数为==1.289则中心距=+=105+1.28×3=108.867mm取实际中心距为=109mm(3)计算S-Pi传动的实际中心距变动系数和啮合角===1.33==0.90528487=(4)计算S-Pi传动的变位系数=(23+47)=1.2 用图14-5-5校核，=70和=1.2均在许用区内，可用。依据=1.2，实际的==2.04，在图14-5-5中，纵坐标上处用作水平直线和③号斜线（）相交，其交点向下做垂直线，和x1横坐标的交点即为太阳轮的变为系数=0.55，行星轮的变位系数为：=-=0.65(5)计算Pi-R传动的中心距变位系数和啮合角Pi-R传动未变位时的中心距为：===111mm则===—0.67===0.956934687∴=(6)计算Pi-R传动的变位系数==（121－47）=－0.62=+=－0.62+0.65=0.03(7)计算几何尺寸1)计算r、s、p齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、端面重合度齿顶高变动系数：=（）－y齿顶高：=1+齿根高：齿高：则分度圆：由式 分别计算得=69mm=141mm=363mm齿顶圆直径：由式=+2分别计算得=79mm=153mm=357mm齿根圆直径：由式分别计算得57mm=127mm=373mm端面重合度：由式分别计算得=0.37142)计算齿宽：选取齿宽系数=1，由式计算齿宽得b=141mm为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合宽度减小而增大轮齿单位齿宽的工作载荷，常将小齿轮的齿宽人为地加宽5~10mm。因此取实际齿宽为：BS=135mm,BP=145mm，Br=140mm(8)验算S-Pi传动的接触强度1)分度圆上名义切向力Ft==15488N2)运用系数KA依据机械设计手册，查表14-1-71，取K,A=1.53)动载荷系数KV齿轮线速度==0.87m/s由设计手册表14-1-80公式计算传动精度系数C式中z=26,m=5,代入数值计算C=7.25圆整C=H=74)螺旋线载荷分布系数和齿间载荷支配系数由机械设计手册，表14-1-87查得S-P传动P-C传动，且≥1.05式中，为行星轮个数由机械设计手册，查表14-1-29==179N查表取=1.05)节点区域系数和弹性系数由机械设计手册，查图14-1-76=2.47由表14-1-95=188.96)重合度系数由前已知端面重合度=0.3174则查图14-1-79=0.7757)计算接触应力8)寿命系数应力循环次数由机械设计手册，查表14-1-96公式计算9)齿面工作硬化系数和尺寸系数由图14-1-90==1.12由表14-1-99=1.076-0.0109m=1.0210)平安系数=1.33=1.4、均达到表14-1-100规定的较高的牢靠度时，最小平安系数=1.25～1.30的要求。齿面接触强度核算通过。2．平行轴齿轮参数设计由于在本次设计中接受的是一级行星齿轮+两级平行轴定轴传动型式，在前面已经对行星轮系参数等进行了一系列的计算，对于后两级平行轴间的两对啮合的齿轮，初步接受相同的设计、计算参数，所以以高速轴为例进行设计、计算。注：依据传动图，和太阳轮所在齿轮轴上的大齿轮为编号1，和其啮合的小齿轮为2号，相对应的中间轴上大齿轮为3号，则高速轴上的小齿轮为4号，具体如图3.5所示。(1)选定齿轮类型，精度等级，材料及其齿数；输出功率PⅣ=0.5kW,小齿轮转速为1800r/min,传动比为i=4,工作预寿命20年。1）选择斜齿轮圆柱齿轮。2）齿轮精度等级为6级精度。3）材料选择为20CrMnMo，硬度为表56～62HRC，心28～33HRC，热处理应为渗碳+淬火+低温回火。4）选小齿轮齿数Z4=19，齿轮3齿数Z3=19×4=765）初选螺旋角(2)依据齿面接触强度设计[9]由设计公式d1t≥进行计算。1）确定公式内的各计算数值①选载荷系数Kt以及重合度=1.62由于冲击载荷较大，故选取Kt=2，②计算小齿轮传递的转矩T4。T4===2653N·mm③由表10—7选取齿宽系数=1.④由表10—6查得，选取材料的弹性影响系数ZE=188MPa.⑤由表3-3查得齿轮的接触乏累强度极限785N/mm2.⑥计算应力循环次数N.则N=60n4jLh⑦计算接触乏累许用应力。取接触乏累寿命系数KHN1=KHN2=0.90，且取失效概率为1%，平安系数[10]S=1.5，由式[]=计算得4=3=0.9×785/1.5=471N·mm2)计算 ①试计算小齿轮分度圆直径d1t，代入[]中较小的值。d1t≥=48.34mm②圆周速度==4.56m/s计算齿宽b==38.672mm③计算齿宽和齿高之比。模数==2.54mm齿高6.75mm则齿宽和齿高之比=5.73④计算纵向重合度=1.205⑤计算载荷系数1.443。则按实际的载荷校正所得算得的分度圆直径，由式（10-10）得=53.9mm，取d4=54mm计算模数==2.76mm(3)按齿根弯曲强度计算由式1)确定式中计算参数①计算载荷系数K。=2.1②由纵向重合度计算=1.025，查得=0.88③计算当量齿数=20.80=83.19④查取齿形系数=2.76=2.22⑤查取应力校正系数=1.56=1.77⑥计算大、小齿轮的并加以比较，大齿轮的大。2)设计计算 计算1.568，由齿面接触乏累强度的法面模数大于由齿根弯曲强度计算的法面模数，取=2.0mm，以可满意弯曲强度。但为了同时满意接触乏累强度计算的分度圆直径d4=53.9mm来计算应有的齿数。于是由式=26.19，=26，取则=104则几何尺寸计算 ①计算中心距=133.98，圆整后为134mm②按圆整后的中心距计算螺旋角=③计算大小齿轮的分度圆直径=53.6mm=214.4mm④计算齿轮宽度由式计算b=42.88mm则取b4=55mmb3=50mm两平行定轴级的两对齿轮系参数为：2，=，Z1=Z3=104，Z2=Z4=26，d1=d3=208d2=d4=52mm，中心距a=134mm，则取b4=55mmb3=50mm3．齿轮轴的设计(1)行星架结构的设计[8,11,12]行星架是行星齿轮传动中结构比较困难的一个重要零件。在最常用的NGW型传动中，它也是承受外力矩最大（除NGWN型外）的零件。行星架有双臂整体式、双臂剖分式和单臂式三种形式。为了使齿轮箱整体结构简洁，便于维护，这里接受双臂剖分式。(2)高速轴的设计最小轴直径的设计计算公式（A=105~115），功率P=0.5KW，转速nm=1800r/min，A取115所以d=7.51mm,由于轴的末端要和联轴器相连，需开键槽，又依据发电机的功率选择，所以d=12mm (3)中间轴的设计最小轴直径的设计计算公式（A=105~115），功率P=0.51KW，转速nm=450r/min，A取115所以d=11.98mm，又依据轴承载荷选择，所以d=15mm 注：以上设计结构图及装配图见附图。3.4.3箱体箱体是齿轮箱的重要零件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动是产生的反力。箱体必需有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。箱体的设计应依据风力发电机组动力传动布局、加工和装配、检查以及维护等要求来进行。应留意轴承支承和机座支撑的不同方向的反力及其相对值，选取合适的支撑结构和壁厚，增设必要的加强筋。接受铸铁箱体可发挥其减震性，易于加工等特点，适于批量生产。常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。设计铸造箱体时避开壁厚突变，削减壁厚差，以免产生缩孔和疏松等缺陷，用铝合金或其他轻合金制造的箱体，可使其重量较铸铁轻20%～30%，但从另一个角度考虑，轻合金铸造箱体，降低重量的效果并不明显。这是因为轻合金铸件的弹性模量较小，为了提高刚性，设计时常须要加大箱体的受力部分的横截面积，在承受座处加装钢制轴承套，相应部分的尺寸和重量都要加大。单件小批量生产时，常接受焊接或焊接和铸件相结合的箱体。为了削减机械加工过程中和运用中的变形，防止出现裂纹，无论是铸造或是焊接箱体均应进行退火，时效处理，以消退内应力。为了便于装配和定期检查齿轮的啮合状况，在箱体上应设有视察窗。基座旁一般设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱用。3.4.4齿轮箱的冷却和润滑1．齿轮箱的密封齿轮箱轴伸部位的密封一方面应能防止润滑外泄，同时也能防止杂质进入箱体内。常用的密封分为非接触式密封和接触式密封两种。接触式密封运用的密封件应密封牢靠，耐久、摩擦阻力小。容量制造和装拆，应能随压力的上升二提高密封实力和有利于自动补偿磨损。常用的旋转轴用唇形密封有多种方式，可按标准选取。密封部位轴的表面粗糙度R=0.2~0.63。和密封圈接触的轴表面不允许有螺旋形机加工痕迹。轴端应有小于30°的导入角，倒角上不应有锐边、毛刺和粗糙的机加工残留物。本次设计接受接触式密封方案。2．齿轮箱的润滑、冷却齿轮箱的润滑特殊重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的爱惜作用。为此，必需高度重视齿轮箱的润滑问题，严格依据规范保持润滑系统长期处于最佳状态。齿轮箱常接受飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。因此，配备牢靠的润滑系统尤为重要。此外还应具有以下功能：①削减摩擦和磨损，具有高强度的承载实力，防止胶合；②吸取冲击和振动；③防止乏累点蚀；④冷却、防锈、抗腐性。风力发电齿轮箱属于闭式齿轮传动类型，其主要的失效形式是胶合和点蚀，故在选择润滑油时，重点是保证有足够的油膜厚度和边界膜强度。润滑油系统中的散热器常用风冷式的，由系统中的温度传感器限制，在必要时通过电控旁路阀自动打开冷却回路，使油液先流经散热器散热，再进入齿轮箱。3.4.5齿轮箱的运用及其维护1．安装要求齿轮箱的主动轴和叶片轮毂的连接必需牢靠紧固。输出轴若干脆和电机连时，应接受合适的联轴器，最好的弹性联轴器，并串联起来爱惜作用的平安装置。齿轮箱轴线上和和之相连的部件的轴线应保证同心，其误差不得大于所选联轴器的齿轮箱的允许值，齿轮箱体上也不允许承受附加的扭转力。齿轮箱安装之后用人工搬运应灵敏，无卡滞现象。打开视察窗盖检查箱体内部件应无锈蚀现象。用涂色发检验，齿面接触斑点应达到技术条件的