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1、 毕业设计风力发电机传动系统的优化设计学生姓名： 学号： 系 部： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 指导教师： 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 风力发电传动系统的优化设计 系部： 机械工程系 专业：机械电子工程 学号 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解风力发电传动系统的工作原理和优化设计等方面的方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事工作打好基础。2主要内
2、容（1）收集资料进行风力发电传动系统的结构方案和传动系统设计。（2）选用优化方法进行系结构优化设计 （3）进行风力发电传动系统的结构受力分析和强度校核等（4）绘制总装配图3主要参考资料 1 孙桓,陈作模. 机械原理M.北京:高等教育出版社,1996. 2 秦大同，邢子坤，王建宏. 基于动力学和可靠性的风力发电齿传动系统 参数优化设计J. 机械工程学报, 2008,44（7）:24-31. 3 蒋春明，阮米庆. 基于MATLAB的斜齿传动多目标优化设计J. 传动 技术, 2010(04):7-9 .4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1根据资料对风力发电传动系统的结构分析3月3日3月23日2确
3、定系统传动方案并对传动比进行计算3月24日4月13日3选用优化方法进行优化分析4月14日5月4日4对主要部件设计计算和校核并画出总装配图5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 风力发电机传动系统的优化设计摘 要：风力发电机的风在风中只有20转/分的转速，无法满足发电机每分钟上千转转速的要求，因此在传动过程中需要设置增速箱增速来达到发电机发电的速度要求。增速箱是保证风机高可靠性、易维护性及经济性的重要部件。风力发电机传动系统需要增速箱能够实现重量轻，体积小，效率高等条件。目前所有传动方案中最能实现这些要求的传动技术便是行星齿传动系统。因此风力发电机增速箱常采用
4、行星齿传动。本论文的研究对象便是一级双联行星传动加一级定轴传动组合。这次设计目标以1.5MW风力发电机增速箱为优化对象，主要工作有分析其结构形式、传动比的优化设计并利用Matlab求解最优值，最后根据优化结果对各部件进行设计，并写出增速速箱的设计说明书。关键词: 风力发电机传动系统，增速箱，行星齿传动，优化Optimization Design Of Wind Power Transmission SystemAbstract：The breeze round of the wind driver generator twirls at only 20 a RPM speed in the w
5、ind, which fails to meet the requirement of the wind generators speed of one thousands RPM . As a result, a speed increasing box is needed to be installed to need the speed requirement of the driver generator. Speed increasing box is an important component to guarantee the wind generators highreliab
6、ility maintainability and economical efficiency. Speed increasing box need to achieve light weight, small size and higher efficiency in wind power transmission system. At present the most appropriate one among all the transmission plans is the planetary gear transmission system. Therefore, the wind
7、increasing box usually uses the planetary gear transmission. This paper focuses on two fixed axis gear transmission and a duplex planetary gear transmission combining with a fixed axis gear transmission. This design aims at optimizing the 1.5MW wind generator speed increasing box, whose main work is
8、 to analyze its structural models, the optimal design of the transmission ratio and use Matlab to work out the optimal value. The last step is to design the various components in accordance with the optimal result，and write the design instructions of the speed increasing box.Keys: wind power transmi
9、ssion system, speed increasing box, planetary gear transmission, optimization目 录1绪论11.1本文研究的背景和意义11.2 国内外的研究和发展现状21.3 风力发电机发电原理31.4 行星齿传动的优点41.5 本文研究的主要内容52 传动方案选型72.1 选取传动类型和传动简图72.2 由已知条件推导得出的确定条件83 传动比的优化设计93.1 优化设计方法概述93.2 优化设计目标函数的建立93.3 优化设计约束条件的建立103.3.1传动比条件103.3.2邻接条件、同心条件、安装条件113.3.3齿接触强度条
10、件123.3.4齿弯曲强度条件203.4 建立传动齿箱的数学模型263.5 利用Matlab求解最优值283.6 利用最优解计算齿的基本参数333.6.1 传动比的计算333.6.2 行星齿的基本参数343.6.3 斜齿的基本参数354 结构设计364.1齿结构设计及机体结构设计364.2 轴的结构设计374.2.1输出轴结构设计375关键零件校核425.1行星心轴强度校核425.1.1轴的受力分析425.1.2求支反力435.1.3求合成弯矩及危险截面的当量弯矩455.1.4按弯扭合成强度条件校核465.1.5校核轴承465.2输出轴的校核475.2.1轴的受力分析475.2.2求支反力48
11、5.2.3求合成弯矩与危险截面的当量弯矩并据此校核495.2.4校核轴承495.3 中心轴的校核516 结论52参考文献53致 谢55III1太原工业学院毕业设计1绪论1.1本文研究的背景和意义当今人类生存和发展所要面对的主要矛盾便是能源与环境的矛盾。能源消耗越来越快，人类对能源的需求量与日俱增，而以往的火力发电会对环境造成极大污染和破坏，而且煤和石油等能源数量有限且为不可再生能源，终究会有枯竭的时候。能源的发展应遵循可持续发展战略,在利用常规能源的同时, 应该重视可持续发展的新型能源, 例如潮汐能、风能、水能、太阳能等。风能作为新能源大家族的一员，是一种取之不尽又清洁无污染的可再生能源，其清
12、洁、绿色、环保的特点被越来越多的国家所重视。而且据估计，全球每年可被利用的风能总量在四万九千兆瓦时。风力发电相较于火电和核电等其他发电方式，其减少二氧化碳、二氧化硫等有害物的排放和无辐射的优点得到了世界各国的极度重视。地球上风能资源非常巨大，据世界气象组织分析，自然界中可利用的风能资源达到了三百亿千瓦，是可利用水能的三十倍。在中国，仅仅陆地十米高度层可利用的风能便为三亿千瓦，到了海上可利用的风能是陆地上的三倍！五十米高度层可利用的风能是十米高度层的二倍。可见，风能在能源中的占有比非常大。恰当地利用风能，既可以减少能源开发过程中造成的环境污染，又可以减轻能源短缺所造成的压力。然而，缺点与优点同时
13、存在。风能与其它能源相比，其蕴量巨大，可以再生，分布广泛，清洁环保的优点非常突出，但其密度低，不稳定，地区差异大等缺点也不容忽视。面对风能明显存在的优点和缺点，风力发电机的设计制造就成了风电发展的关键环节，优秀的风力发电机可以充分地利用风能，并弱化其缺点所带来的负面影响，风力发电机的核心部件是其传动机构增速箱。增速箱设计的合理性对风力发电机的性能影响非常大，因此，越来越多的技术人员将目光集中到了增速箱的优化与设计上，这次毕业设计便由此应运而生。由此可见，无论从节能还是环保的角度考虑，大力发展风能技术势在必行，抢先占领风能技术的大市场，对我国能源安全和环保工作都具有非常重要的意义。1.2 国内外
14、的研究和发展现状风能的利用在人类历史中早已存在。公元前两千年，埃及、波斯等地区已有帆船和风磨的使用，到了中世纪，荷兰便有了用于排灌的水平轴风车。1896年丹麦的拉库尔研制成功了世界上第一台风力发电机，1903年丹麦已建成几百个小型风力发电站。但直到二十世纪初至二十世纪六十年代末，也仅有少数国家对风能资源的开发处于小规模的利用阶段。1973年世界石油危机爆发, 煤和石油等资源日益枯竭, 空气污染等环境问题已经严重到不容忽视,风力发电的可持续发展性以及清洁环保的特点重新进入到人们的思考范围。伴随着发电机技术、计算机和控制材料、材料技术的发展, 风力发电技术迅猛发展, 单机容量从刚开始的数十千瓦级发展到市场中普遍存在的的兆瓦级，全桨叶变距控制方式代替了定桨距失速控制。运行可靠性从二十世纪八十年代初的45%,提升到了现在的96%以上,而且风力发电机实现了集中控制和远程控制。风电场发展区域由陆地移到海面，变得更加广阔。自1980年以来，风力发电机技术渐渐趋于商业化。主要机组容量有400kW、650kW、800kW、900kW、1.5MW、2.3MW。1991年丹麦建成了世界
