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湖南科技大学机电工程学院 2015届毕业设计（论文）开题报告题 目5MW海上风电机组齿轮传动系统设计作者姓名赖文馨学号1103010401所学专业机械设计制造及其自动化1、 研究的意义： 当今社会随着经济日益发展，人们对能源的需求越来越大，而石油等不可再生能源也面临枯竭，人们急需寻找替代能源。自然界中具有非常大的风能储存量，由于太阳的辐射作用，地球每年大约可获得的 地球每年大约可获得 KWh 的风能。其中，边界层占整个大气层的 35%，因而边界层大气中可利用的风能功率约为 KW，如果人类在近地面层能利用其中的十分之一，则全球可开发风能的功率为KW。这个值相当于 2005 年全球发电能力的 74.7 倍1。通过上述数据可知，风能是地球上最重要的能源之一，合理的开发利用风能可以解决越来越严重的能源短缺问题。风能作为一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，在未来的能源市场很有开发潜力，各国政府相继投入大量的人力及资金研究生产风力发电机，力图设计出安全可靠高效的风力发电机。风力发电机中很重要的一部分就是齿轮传动增速箱，如何把齿轮传动系统设计好便成了关键问题2、国内外现状： 从20世纪70年代末以来，随着世界各国对能源危机、环境保护等问题的日益关注，一致认为大规模发展利用风力发电是非常有效的措施之一。19 世纪末、丹麦最先开始探索风力发电、研制出风力发电机组直到20 世纪70 年代以前，只有小型充电用风力机达到实用阶段。1973 年石油危机后，美国、欧洲等发达国家为寻求替代能源，投入大量经费，研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。世界风能委员会 11 日公布的一份报告指出，到 2010 年，全球风能发电能力将比现在提高一倍，达到 149.5 吉瓦。根据世界风能委员会的统计数据，仅在 2006年，全球风力发电能力就比上年增长了 25，达到了 74 吉瓦。欧洲一直以来是风力发电市场的领导者，目前在风能发电领域仍处在世界前列，而且在今后几年其在风力发电实际运用及其国际市场上还将继续保持领先地位，但随着近年来世界其他国家和地区对风力发电的重视和发展，欧洲的领先优势会有所下降。据世界风能委员会的统计，2004 年欧洲风力发电装机容量占全世界风电总装机容量的 72，2005 年该比例就下降为 69，而去年则又跌至 51，到 2010 年，虽然整个欧洲的风力发电量将比目前的 48 吉瓦增长近一倍达到 82 吉瓦，但其占全球市场的份额则将下滑到 44。这份报告还对 2006 年到 2010 年期间全球各地区风力发电态势进行了预测。报告说，由于美国连续采取生产税抵免等多项风能激励措施，北美地区风力发电的发展仍将保持快速增长势头。紧随其后的是风力发电的新兴增长地区亚洲，主要是中国和印度，亚洲将成为全球风能发电年增长幅度最快的地区之一，年增长将达 28.3，其风力发电能力将从 2006 年的 10.7 吉兆增长到 2010 年的 29 吉兆。风力发电机单机装机容量也从最初的 50KW，发展到 3.6MW，目前新建风场普遍采用 1.5MW 成熟机型，单机容量继续稳步上升已成为风力发电机的发展趋势2。 我国三北地区风能功率密度在 200300W/m2以上，有的可达 500W/m2以上，如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等、可利用的小时数在 5000小时以上，有的可达 7000 小时以上。东南沿海地区年有效风能功率密度在 200W/m2以上，将风能功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风能功率密度在 500 W/m2以上如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等。可利用小时数约在 7000-8000 小时。根据最新风能资源评价，我国陆地可利用风能资源 3 亿千瓦，加上近岸海域可利用的风能资源，共计约 10 亿千瓦，风能储量非常丰富，开展风力发电是既经济又高效的方式3。我国风力发电技术的研究始于 20 世纪 70 年代末 80 年代初，通过自主研发小型风力发电机解决广大牧区牧民及一些岛屿上居民的生活生产用电。到 2006 年底，全国已建成约 90 个风电场，已经建成并网发电的风场主要分布在新疆、内蒙、广东、浙江、河北、辽宁等 16 个省区，装机总容量达到约 260 万千瓦。但与国际先进水平相比，国产风电机组单机容量较小，关键技术依赖进口，零部件的质量还有待提高。我国2009年新增风电装机容量13800兆瓦(0.138亿千瓦),同比增长高达124%，新增市场容量超过美国居全球第一；累计装机容量连续第四年翻番,超越德国和西班牙，规模排在美国的 35159 兆瓦之後，位居世界第二。中国可再生能源协会风能专业委员会主任贺德馨在风能大会上亦称,中国今年底风电装机容量有望达到40000 兆瓦，去年底为 25800 兆瓦。到 2020 年时中国风电装机容量有望达到 3 亿千瓦左右，大幅高于官方最新预期的 2.3 亿千瓦。由此可见，未来我国的风力发电发展前景非常良好，因此如何设计制造出安全高效的风力发电机就成了很重要的研究课题。 1、 研究目标、内容和拟解决的关键问题（根据任务要求进一步具体化）研究目标： （1） 对齿轮箱选用合理的结构、增速比和材料。设计质量好、重量轻、空间体积小、运行稳定的大容量风电机组齿轮传动系统。（2） 引用风力机的风轮叶片设计及塔架设计，从而完成整个风力发电机的设计。主要内容： 本增速箱速箱的结构为二级行星，一级斜齿轮，根据设计任务书的要求合理分配各级传动比，计算各级的齿轮参数，轴承参数，并进行校核。选出合理的轴承类型，并对增速箱尺寸进行计算，以及将各个部分装配起来。进程：第一阶段：开题阶段 3月9日至3月20日，收集、查阅和整理设计资料，完成3000字的文献翻译，完成毕业实习报告和开题报告。第二阶段：设计阶段 3月21日-3月28 日，齿轮传动系统方案选择、传动比分配，传动结构造型等整体方案设计与计算。第三阶段：计算阶段 3月29日至4月15日，齿轮、轴、轴承等关键传动结构件的设计计算，绘制零件图。第四阶段：绘图阶段 4月16日至5月 5日，传动系统装配图绘制。第五阶段：毕业答辩 5月6日至 5月25日，设计计算说明书的编制、整理、修改、定稿，准备答辩解决的关键问题风力发电机床系统主要是将能量由叶轮传递至发电机。传动系统主要包括主轴、主轴承、齿轮箱、高速轴、联轴器等部件。而本课题的主要部分是对风电机传动系统的设计，所以有可能遇到的主要问题：（1）准确对传动方案的分析；（2）确定齿轮箱的传动比的分配；（3）齿轮尺寸参数的确定（4）对轴承的尺寸进行确定；（5）选择合理的轴承类型； （6）对箱体和总体结构的确定；（7）对箱体主要部件载荷的计算和校核； （8）确定冷却温度和润滑系统； （9）对整个部件的装配图和零件图的绘制；这些问题都是设计该风机传动系统的关键问题，在设计过程中，将通过查阅有关文献资料和向老师咨询的方法来解决。2、 特色与创新之处：我国的风力事业由于起步晚，特比是兆瓦级风电机齿轮箱，主要生产设备长期依赖进口。在自主开发风力大型容量发电机等方面还比较落后，特别是像齿轮传动系统等技术领域还存在很大的差异。为此希望减少此差距。按照现在风机装机要求，在考虑重量、体积、运行稳定性的多种情况下，设计合理的齿轮箱和增速比，采用合理的材料提高运行的寿命。同时在设计绘制零件图和装配图时广泛运用CAD/CAM/CAE技术和Pro/e软件，以提要传动系统运行的精度、可靠性、降低传动系统制造成本，提高传动系统标准化水平和传动系统标准件的使用率。 在本次毕业设计，本人将全部应用CAD/CAE/CAM技术和soliworks软件来设计传动系统。利用CAD软件绘制二维装配图和零件图，利用soliworks软件绘制三维装配图和零件图；大大缩短了设计时间以及画图时间，并提高了设计精度还有减小误差。 3、 拟采取的研究方法、步骤、技术路线(1)查阅资料，熟悉国内外风电机及其传动系统齿轮箱的现状和发展趋势。(2)理解风电传动系统齿轮箱工作原理及结构分析，确定齿轮箱总装设计思路。(3)建立准确的分析模型，准确求解受载轮齿的载荷分布。(4)完成主要零部件设计并进行强度校核。(5)绘制零件加工图，选定加工工艺。(6)编写设计说明书。4、 拟使用的主要设计、分析软件及仪器设备主要设计、分析软件： CAD软件（绘制二维装配图和零件图）soliworks软件（绘制三维装配图和零件图）仪器设备： 本课题主要是对大容量风电机组齿轮传动系统进行三维设计，所采用的设备仪器是普通计算机。 5、 参考文献 B：1 潘存云， 机械原理M、 长沙、 中南大学出版社、 2011 2、林景尧、 风能设备使用手册、 北京、 机械工业出版社、 19923、芮晓明、 风力发电机组设计 北京、 机械工业出版社 、20104、姚兴佳、 风力发电机组原理与应用北京、 机械工业出版社、 20095、赵振宙、 风力发电机原理与应用、北京、 中国水利水电出版社、20116、TonyBurton 、风能技术、 北京、 科学出版社、 20077、牛山 泉、风能技术、 北京、 科学出版社、 20098、诺迈士、 风电传动系统的设计与分析、 上海、上海科学技术出版社、20139、李俊峰、 风力 北京、 化学工业出版社、200510、李 斌、 未来世界风电发展大趋势J、北京、哈尔滨大电机研究所、200811、刘忠明、风力发电机齿轮箱设计制造技术的发展与展望J、机械传动、200612、成大先、机械设计手册第三卷、 北京、 化学工业出版社、1993 13、叶伟昌、机械工程及自动化简明设计手册、 机械工业出版社 14、关慧贞、机械制造装备设计、 北京、 机械工业出版社 15、濮良贵 纪名刚、 机械设计、 北京、 高等教育出版社注：1、开题报告是本科生毕