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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。
最后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算，结果符合要求。
关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，
Abstract
The 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 independent development 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．The gear parameters of every stage transmission is 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 is accord with safety requirements．
Secondly, the helical gear parametric model is established based on involutes curve equation and generation theory of spiral line by using the function of parametric modeling in Pro／E．
Then, the tooth surface contact stress of the gear transmission is calculated．
Key Words：the wind power ，Gearbox for Wind Turbine；Structure Design；Parametric Modeling
目录
Abstract ii
1.引言 - 1 -
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 - 2 -
1.2.2风电齿轮箱的发展趋势 - 5 -
1.2.3存在的问题及展望 - 5 -
1.3课题意义 - 6 -
1.4论文的主要内容及设计要求 - 7 -
1.5设计标准 - 7 -
2.齿轮箱的设计 - 8 -
2.1 增速齿轮箱方案设计 - 8 -
2.2齿轮参数确定 - 12 -
2.2.1行星轮系的齿轮参数 - 12 -
2.2.2圆柱级齿轮参数 - 16 -
2.3受力分析与静强度校核 - 17 -
2.3.1受力分析 - 17 -
2.3.2低速级外啮合齿面静强度计算 - 21 -
2.4本章小结 - 25 -
3.传动轴和箱体的设计 - 26 -
3.1高速轴的设计 - 26 -
3.2低速轴的设计 - 26 -
3.3中间轴的设计 - 28 -
3.4箱体 - 29 -
4齿轮箱及其他部件的设计 - 30 -
4.1齿轮箱的密封 - 30 -
4.2齿轮箱的润滑、冷却 - 30 -
4.3轴系部件的结构设计 - 31 -
4.4行星架的结构设计 - 32 -
4.5传动齿轮箱箱体设计 - 32 -
5齿轮箱的使用及其维护 - 33 -
5.1安装要求 - 33 -
5.2定期更换润滑油 - 33 -
5.3齿轮箱常见故障 - 33 -
5.3.1齿轮损伤 - 34 -
5.3.2轴承损坏 - 34 -
5.3.3断轴 - 35 -
5.3.4油温高 - 35 -
心得体会 - 36 -
致 谢 - 37 -
参考文献 - 38 -
1.引言
1.1课题来源
风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。
近10年风力发电增长迅猛，200年以来 ，全球每年风电装机容量增长速度为 20%～30%。全球风能协会发布最新一期全球风电的增长数据显示 ， 2008年全球范围内新增风电装机容量 2 705万 kW，使得全球风电装机容量达到 1 . 20亿 kW，较 2007年增长 28 . 8%。 1998～2008年全球风电装机容量的增长情况。如图 1所示。
图1.1全球风电装机容量
我国的风电发展主要集中在 2003年以后 ，尤其是在风电特许权的带动下 ， 2006年我国除台湾外增加风电机组 1 454台 ，增加装机容量 133 . 7万 kW，比过去 20年发展累积的总量还多 ，仅次于美国、 德国、 西班牙和印度。 2008年又新增风电装机容量630万 kW，新增容量位列全球第 2，仅次于美国。截至 2008年底总装机容量达到 1 215 .3万 kW，同比增长 106% ，总装机容量超过了印度 ，位列全球第4，同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列。图 2反映了 2000年以来我国风电装机容量的增长。
图1.2我国风电装机容量
风力发电系统主要由风轮、齿轮箱、发电机、功率变换器、变压器等部分构成 ，其中 ，发电机承担将风能转换为电能的任务 ，是风力发电系统中的核心部件。随着风力发电整体技术的发展 ，风力发电机由早期的直流发电机、 笼型异步发电机等演变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 ，又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 ，使变速恒频风力发电得以实现 ，成为当前风力发电系统的主流。因此 ，风力发电机与风力发电系统互为因果 ，相互促进。近年来风力发电系统的容量不断增大 ，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、 控制以及运行维护水平的提高 ，各种新型风力发电机不断出现。
本课题就是建立在对引进的兆瓦级风力发电增速齿轮箱结构技术消化吸收的基础上，对增速齿轮箱进行结构设计，为研发自主知识产权的风机增速齿轮箱打下基础。
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