1.5MW风机齿轮箱的设计

摘要风电产业的快速发展促进了风电设备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件受到国内外风电相关行业和研究机构的关注。 但国内风力发电厂研究滞后，技术薄弱，尤其是兆瓦级风力发电厂，主要依赖引进国外技术。 因此，需要自主开发研究兆瓦级风力发电机箱，真正把握风力发电机箱的设计制造技术，实现风力发电机的国产化目标。本文设计的是兆瓦级风力发电机组齿轮箱，通过方案选择、齿轮参数计算等自主设计了该组齿轮箱。首先，确定齿轮箱的机械结构。 选择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，得到各级齿轮的受力结果。 按标准进行静强度校验，结果满足安全要求。然后基于Pro/E参数化建模功能，利用渐开线方程和螺旋生成理论建立螺旋齿轮三维参数化模型。关键词：风力发电、风扇齿轮箱、结构设计、建模Abstracttherappriddevedeploconfindowpowerindustrydleadtotheprosperityofwindpowerequipmentmanufactureindustry.asthecorecomponentofwindtt thegearboxisreceiveconnencermfrordindirectitionandreserviceintitionandabroboad.however.duetothedomesticresearchofgearboxforw 技术周刊， especialilyinthegearboxformwindturbine whichimainlyreliedontheintroductionofforeigntechnology.therefore itisurentedentocrroryous wwindpowergearbox，andtrurlymatethede设计和制造技术inordorrachivethegoaloflocalizationThis paper takes the wind power . thedirectiondeforthegebarboxchingforthewindturbinehasebencarriedoutbyselectingthetransmissionschemeandcalculationthegearparamefirsrstly themectricationstructionofgearboxisdetermined.the two-stagederifitionprotitionprationprationalytrans e transmissing andtheforectreanicalisressisobtained.thestaticationsicchetothothesurfassurescontisimplementedacordirSecondly，thehelicalgearparametricmodelisestablishedbasedoninvolutescurveequationandgenerationtheoryofspirallinebyusingthefunctsthetoothsurfacecontactstressofthegeartransmissioniscalculated .关键字： the wind power，Gearbox for Wind Turbine； 结构设计；结构设计； 参数化建模技术目录摘要IAbstractI目录II第一章引言11.1课题来源11.2国内外发展现状与趋势21.2.1风力发电国内外发展现状21.2.2气动齿轮箱的发展趋势41.3课题意义51.4论文的主要内容6第二章齿轮箱的设计62.1增速齿轮箱设计62.2齿轮参数确定82.2.1行星轮系的齿轮参数82.2.2圆柱级齿轮参数122.3受力分析和静强度检验132.3.1受力分析132.3.2低速段外接齿面静强度计算152.4传动轴的设计和校验152.4.1高速轴的设计和校验152.4.2中间轴的设计和检查162.4.3低速轴的设计和校验17选择和检查2.5键182.5.1高速轴上键的选择182.5.2中间轴上键的选择182.5.3低速轴上键的选择182.6轴承的选择和校验192.6.1低速轴承192.6.2中间轴承202.6.3高速轴承21第三章齿轮箱的密封、润滑、冷却223.1齿轮箱的密封件223.2齿轮箱的润滑冷却22第四章齿轮箱的使用及其维护224.1安装要求234.2定期更换润滑油234.3齿轮箱常见故障23第5章基于Pro/E的螺旋齿轮的参数化形状235.1Pro/E参数化建模概述235.2齿轮参数化建模245.2.1设定参数和数学关系式245.2.2结构齿形245.2.3生成齿轮255.3模型组件265.4总结28参考文献29第一章引言1.1课题来源风是一种潜力巨大的新能源，十八世纪初，席卷英法两国的强风，吹走了四百家风力粉店、八百家房屋、百家教堂、四百多艘帆船，造成数千人受灾，二十五万棵大树被连根拔起。 仅仅是关于拔树，风在几秒钟内就发出了千万马力(750万千瓦)的1马力0.75千瓦的功率！ 地球上能发电的风力资源约为100亿千瓦，估计大约是现在世界的水力发电量的10倍。 目前，世界每年燃煤所获得的能源，只有风力在一年内提供的能源的三分之一。 因此，国内外重视利用风力发电，开发新能源。近10年来，风力发电快速发展，200年以来，世界年风力发电机容量增长速度为20%30%。 世界风力协会发布最新世界风力发电增长数据后，2008年全球风力发电设备容量增长2 705万kW，世界风力发电设备容量达到1 . 20亿kW，比2007年增长28 . 8%。 1998年至2008年全球风力发电设备容量增加情况。 如图1所示。我国风力发电的发展主要集中在2003年以后，特别是根据风力发电的专利权，2006年中国除台湾外增加风力发电机组1 454台，增加安装容量133 . 7万kW，比过去20年的发展累计总量还多，仅次于美国、德国、西班牙和印度。 2008年追加风力发电设备容量630万kW，追加容量居世界第2位，仅次于美国。 截至2008年底，总设备容量达到1 215 .3万kW，比上年增长106%。 总设备容量超过印度，排在世界第四位，同时排名世界风力发电设备容量超过千万千瓦的风力发电大国。 图2反映了2000年以来我国风力发电机容量的增加。风力发电系统主要由风车、齿轮箱、发电机、电力转换器、变压器等部分组成，其中发电机承担将风能转换为电能的任务，是风力发电系统的核心部件。 随着风力发电总体技术的发展，风力发电机已从早期的直流发电机、笼型异步发电机等发展为当前的双馈异步发电机和低速直驱永磁同步发电机等。 同时，风力发电机自身技术水平的提高，有力地促进了风力发电整体技术的进步。 例如，双馈异步发电机及其控制技术的成熟，实现了变速恒频风力发电，成为当前风力发电系统的主流。 因此，风力发电机和风力发电系统相互因果，相互促进。 近年来，风力发电系统容量不断增大，特别是低速直驱永磁风力发电系统的快速发展，有力地促进了风力发电机的设计、制造、控制及运行维持水平的提高，出现了多种新型风力发电机。本课题是在消化吸收引进的兆瓦级风力发电增速齿轮箱的结构技术的基础上，对增速齿轮箱进行结构设计，为开发自主知识产权的鼓风机增速齿轮箱奠定基础。1.2国内外发展现状及趋势1.2.1风力发电国内外发展现状风力发电的快速增长带动了风力发电设备制造业的发展，2007年世界风力发电设备市场总价值达到360亿美元。 目前世界先进的风电设备制造企业主要集中在少数国家，丹麦、德国、西班牙、美国等着名公司有Ves tas (丹麦)、GE Wind (美国)、Gamesa (西班牙)、Enercon (德国)、Suzlon (印度)等。 图3是2007年世界风力发电机组市场份额图。 2007年，丹麦Vestas公司占世界市场份额的22.8%，前三位公司占市场份额的一半以上。 有趣的是，中国金风科技股份有限公司也占2007年世界风力发电市场的4. 2%。风电的快速增长同样刺激了我国风电设备制造业的发展，迅速兴起了金风科技株式会社、华锐风电科技有限公司、湖南湘电风力有限公司、浙江运输风力发电工程有限公司等风电设备制造企业。 这些企业通过吸收和创新国外风力发电技术，形成了较大的生产规模。 目前，国内从事风力发电设备制造的企业已达50多家，零部件制造企业队伍也在迅速扩大。 2007年中国新增容量中，内资企业产品占55. 9%，其中金风科技份额最大，占新增总设备容量的25.1%，合资企业产品占内资企业产品44. 9%，占新增容量1.6%，外资企业产品占42. 5%，其中西班牙的在国际上，兆瓦级以上的风力发电机组成为主流机种。 例如，美国：主流机型1. 5MW，丹麦：主流机型(2. 03. 0)MW。 截至2006年，我国风力发电机组1MW以下机组占总安装容量的70%，1MW 2MW之间风力发电模式仅占26%，2MW以上机型占4%。 根据国家发改委的计划，我国未来风力发电设备以1. 5MW、2MW机型为主，1MW以下机型所占比例逐渐减少。风力发电发展的主要趋势：(1)机组单体容量增大有利于提高风力利用率，降低风力场占地面积，降低风力场运行维护成本，提高风力发电市场竞争力。 目前，国际主流风力发电机组已达(2 3)MW，德国Repower开发的最大5MW风力发电机组已投入运行，其旋转叶片区直径达126米。 (3 5)MW风力发电机组在市场的比例预计会越来越高。 在2008年2月布鲁塞尔举行的风力会议和风力表演上，参加者甚至提出了到2020年为止开发20MW风力发电机组的概念。(2)海上风力发电由于海上风力资源迅速丰富，环境影响小，成为海上风力发电迅速发展的市场。 目前，丹麦、德国、英国、瑞典、荷兰等国家海上风力发电发展迅速。 欧洲风力协会(EWEA )预测，2020年欧洲海上风力发电的总设置容量将达到70万mw。 海上风力发电前景广阔，但目前技术等因素制约着其发展。 另一方面，海上风力发电机组改造了陆地风力发电机组，复杂的海上自然条件提高了风力发电机组的故障率，如世界最大的海上风力发电丹麦Vestas喇叭礁风力发电机组，80台海上风力发电机组的故障率超过了70%。 另一方面，电网承受不了大规模海上风力发电所供给的巨大电力。 因此，海上风力发电的大发展仍需要解决机组、网络相关设施等问题。(3)变速恒频技术迅速推进目前市场恒速运行的风力发电机，一般采用双绕组结构异步发电机，双速运行。 在高风速区域，发电机在高转速运转的低风速区域，发电机在低转速运转。 其优点是控制简单，可靠性高的缺点是转速几乎一定，风速经常变化，因此单元多处于风力利用系数低的状态，风力不能充分利用。 随着风电技术的进步，风电机组开发厂家开始使用变速恒频技术，结合变速桨距技术的应用开发了变速风电机组。 与恒速运行的风力发电机相比，变速运行的风力发电机具有发电量大、适应风速变化、生产成本低、效率高等优点。 因此，变速运行风力发电机组也是未来的发展趋势之一。 德国能源公司是目前世界上变速风力发电机组生产最多的公司。(4)全功率变流技术兴起的近年来，欧洲的Enercon、Winwind等公司开发应用全功率变流的并网技术，将风车和发电机的调速范围设为0 150%的额