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1、I 基于 SolidWorks 的风机主传动系统三维建模 II 摘 要 本文采用了风力发电机的计算机建模仿真的方法，对风力发电机的主传动 系统性能及载荷计算的方法进行了研究，同时以 1MW 级风机说明了建模和仿真 的基本方法和理论。风力发电机的主传动系统的建模和仿真都是在 SolidWorks 软件平台下完成的，文章对风力发电机组的塔架、轮毂、主轴、齿 轮箱、电机、机舱底盘进行了建模。对主传动系统各部件在风力发电机组上的 作用作了介绍，并对其结构形式及选用进行了详细的分析。 风力发电机组的运转环境非常恶劣，受力情况复杂，所以对其主传动系 统各部件材料的选用作了介绍。为了确保风力发电机在其寿命期
2、内能够正常工 作，对主轴进行了强度分析。由于齿轮箱在风力发电机组的特殊作用，对齿轮 箱内的传动形式的种类、特点及应用作了介绍，并对其进行了合理的选择。根 据齿轮箱的增速要求，合理选择了齿轮箱内的各级齿轮轴和齿轮的参数。发电 机也是风力发电机组的重要部件之一，它将风轮的机械能转化为电能。发电机 的选择尤其重要，所以本文对所选择的双馈异步发电机的工作原理及作用作了 介绍。由于主传动系统安装的需要，对机舱底盘进行了建模，并在满足强度及 刚度的前提下，对其材料和造型的合理选择作了介绍。 最后，在 SolidWorks 平台上把所有建模设计出的风力发电机主传动系统 的零部件进行了装配，并在平台上进行了传
3、动模拟演示，使人们更直观的了解 风力发电机主传动系统的组成及工作情况。 关键词：风力发电机；主传动系统；建摸；仿真 III ABSTRACT The wind generator computer modeling simulation approach is adopted here, and the research of load calculation drivetrain system performance of the wind generator are conducted while 1MW-class air-compressors on modeling and simu
4、lation of the basic methods and theories. The main drivetrain systems modeling and simulation of wind generators are operated on the SolidWorks software platform. The modeling of the round wheel, axle, gear boxes, electrical, cabin chassis of the wind generator is conducted on this article. The main
5、 components in the drivetrain system on the role of wind power generation units were introduced, and the selection of its form and structure of a detailed analysed. Wind generators operating environment is very bad, the various components of its main drivetrain system were introduced in the selectio
6、n of materials. To ensure that wind generators in their normal life, the intensity analysis of the main axle is conducted. For the gear boxes in wind generators have special role for the transmission gear box form types, characteristics and applications were introduced, and its reasonable selection.
7、 According to gear boxes growth, a reasonable choice of gear wheel axle and gear box at all levels of the parameters is conducted. Wind generators generator is one of the important part, it will wind round the mechanical energy into electrical energy. The selection of generators is particularly impo
8、rtant, therefore, to the choice of this double-fed asynchronous generator work and the role of theory was introduced. Because of the drivetrain system installation requirements, the modeling of the cabin chassis, and strength and rigidity to meet the premise of its material and shape a reasonable ch
9、oice was introduced. Finally, All the parts and components designed on the SolidWorks platform drivetrain are assembled, and the transmission simulation display is also conducted, allowing a more intuitive understanding of the wind generator drivetrain system and the composition of the work. Key wor
10、ds: Wind generators；The drivetrain system；Modeling；Simulation IV 目 录 摘 要 .I ABSTRACT II 第 1 章 引 言 .1 1.1 课题的背景及意义 .1 1.2 目前国内外风力机组发展现状 .1 1.2.1 国外发展现状 .1 1.2.2 国内发展现状 .2 1.3 课题所要解决的问题 .2 第 2 章 风机主传动系统的总体设计 .3 2.1 风力发电机主传动系统的组成 .3 2.2 风力发电机主传动系统的工作原理 .3 2.3 风力发电机主传动系统的布置形式 .3 第 3 章 风机主传动系统中主要部件设计 .5
11、3.1 轮毂的形式与选用 .5 3.1.1 轮毂的作用及结构.5 3.1.2 轮毂的形式 .5 3.2 主轴的设计 .6 3.2.1 主轴的作用及结构 .6 3.2.2 主轴强度校核 .6 3.2.3 主轴材料 .8 3.3 齿轮箱的构造及选用 .8 3.3.1 齿轮箱的构造 .8 3.3.2 齿轮箱的箱体设计11 3.3.3 齿轮箱的齿轮设计11 3.3.4 齿轮箱轴的设计13 V 3.3.5 齿轮箱的轴承设计13 3.4 电机的选用 14 3.4.1 电机选用 14 3.4.2 双馈异步电机的工作原理14 3.5 机舱底盘作用及选用 15 3.5.1 机舱底盘的分类及选用15 3.5.2
12、机舱底盘设计要求16 3.5.3 机舱底盘的材料16 3.6 塔架的介绍 16 3.6.1 塔架的作用 16 3.6.2 塔架的主要形式及选用17 3.6.3 塔架的材料 18 第 4 章 基于 SOLIDWORKS 的风机主传动系统三维建模方法 19 4.1 轮毂的建模方法 19 4.2 增速箱的建模方法 20 4.2.1 上箱体的三维建模方法20 4.2.2 行星架的三维建模方法22 4.2.3 高速轴的三维建模方法23 结 论 26 参考文献 27 致 谢 28 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 1 第 1 章 引 言 1.1 课题的背景及意义 随着人类社会的发展、科技的进步以及日益严重的
13、资源和环境问题的挑 战，世界能源结构开始经历第三次大的变革，即从煤炭、石油、天然气为主 的能源系统，开始转向以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统。而风 能取之不尽，用之不竭，是非常重要的一种洁净的可再生能源，是人类能源 结构的转变中一个非常重要的部分。地球上风能资源十分丰富，据世界气象 组织统计分析表明，地球上近地层的风能总量约为 13000 亿 KW，如有 1%被有 效利用，就可满足人类对能源的需求。我国幅员辽阔，陆疆总长 2 万多公里， 海岸线 1.8 万公里，风能资源丰富根据气象部门的资料，可开发的陆地风能 资源大约为 253WG，可利用的海洋风能资源大约为 750WG。风能易于获得
14、并转 换，且分布广泛、无污染而又能够不断再生，所以开发利用风能可以很好的 解决目前化石能源的危机，为人类解决能源危机提供一条很好的办法。风力 发电是目前利用风能的重要形式，也是多种可再生能源利用技术中比较成熟 的。风力发电机组中的主传动系统更是其最重要的部分之一。 1 1.2 目前国内外风力机组发展现状 1.2.1 国外发展现状 目前，风电已经成为世界上增长最快的能源，过去 5 年全球风电累计装机容 量的平均增长一直保持在 33%。近年来，德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰、 印度、加拿大等国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金， 充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子
15、技术、计算机、自动 控制及通信技术等方面的最新成果，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速 永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的 自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性能。德国风力发电量 占世界总量的 40%，排名世界第一，其后依次为美国、西班牙、丹麦和印度。 2 欧洲风能协会和绿色和平组织签署了风力 12关于 2020 年风电达到世界 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 2 风力总量的 12%的蓝图的报告，期望并预测 2020 年全球的风力发电装机将达 到 12.31 亿 KW，年安装量达到 1.5 亿 KW，风力发电量将占全球发电总量的 12% 。风力
16、发电机单机容量朝着大型化发展，目前兆瓦级风力机已经是国际风电 3 市场上的主流产品，美国 7 兆瓦风力机已经研制成功，而英国正在研制 10 兆 瓦的巨型风力机。 1.2.2 国内发展现状 我国大型发电机技术的开发应用落后于发达的欧美国家。在“八五”和 “九五”期间，将风能应用列入了国家重点科技攻关项目，并组织了多家科研 单位进行攻关，取得了一定成绩。在短时间内实现了技术跨越。现在，在小 4 型风力机组的生产和应用方面，我国以 15 万台拥有量居世界首位；但在大型 并网风力发电方面起步较晚，发展速度不尽人意，但仍然取得了客观的成绩。 目前我国国产化机组产量仍然偏小，远未达到规模利益，使得零部件采购价格 偏高，利润空间很小。风场中使用的风力机 95%都来自国外，设备几乎全部是 进口的。为了建立自己的风电工业，提升国产风力机组生产能力和应用重，近 几年我国进一步加强了风力机组制造行业的建设，并在全国形成了一批风电设 备制造厂。此外还有清华大学、浙江大学、北方交通大学、沈阳工业大 765 学等研究院所也都曾参与了风力发电相关技术的研究，已初步掌握了
