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1、 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，倍受国外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国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。1）根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性，对其载荷情况进行了分析研究,确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案，在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数，齿数，螺旋角等的确定；
2、通过计算，确定各级传动的齿轮参数；选择适当的齿轮。 2）对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮载荷结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 3）绘制CAD装配图，并确定恰当合理参数。 关键词：风电齿轮箱；风力发电；结构设计。 ABSTRACT The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industryAs the core component of wind turbine，the gearbox is receiv
3、ed much concern from related industries and research institution both at home and abroadHowever, 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 technologyTherefor
4、e，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 localization1）The load Cases of gearbox for wind turbines ale analyzed，and the interrelation of loading cycle number
5、s under different torque levels is deduced according to the curve of materialsfatiguethe mechanical structure of gearbox is determinedThe two-stage derivation planetary transmission scheme is selectedThe gear parameters of every stage transmission is calculated，and the force analysis results is obta
6、ined2）the static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standardThe result shows that it is accord with safety requirements3）Draw CAD drawings, and determine appropriate reasonable parameters. KEYWORDS：Gearbox for Wind Turbine；the wind power；Structure Design.目 录
7、第一章 前 言- 1 -1.1 国外发展现状与趋势- 1 -1.1.1风力发电国外发展现状与趋势- 1 -1.1.2风电齿轮箱的发展现状- 2 -1.1.3我国风电齿轮箱设计制造技术的现状- 3 -1.1.4存在问题及展望- 4 -1.2论文的主要容- 5 -第二章 增速箱齿轮结构设计- 6 -2.1 增速箱齿轮的设计参数- 6 -2.2 增速箱齿轮设计方案- 6 -2.3 齿轮参数的确定- 8 -2.3.1 低速级参数的计算- 9 -2.3.2 中间级参数的计算- 12 -2.3.3 高速级参数计算- 14 -2.4 受力分析与强度校核- 16 -2.4.1 受力分析- 16 -2.4.2
8、齿轮强度计算与校核- 19 -第三章 传动轴的设计与校核- 23 -3.1低速级传动轴尺寸参数计算与校核- 23 -3.1.1低速级传动轴尺寸参数计算- 23 -3.1.2低速级传动轴的强度校核- 24 -3.2中间级传动轴的设计计算与校核- 25 -3.2.1中间级传动轴尺寸参数计算- 25 -3.2.2中间级传动轴的强度校核- 26 -3.3 高速级传动轴的设计计算- 27 -3.4输出传动轴的设计计算- 28 -第四章 齿轮箱其他部件的设计- 29 -4.1轴系部件的结构设计- 29 -4.2行星架的结构设计- 29 -4.3传动齿轮箱箱体设计- 30 -4.4齿轮箱的密封，润滑，冷却-
9、 30 -4.4.1 齿轮箱的密封- 30 -4.4.2 齿轮箱的润滑，冷却- 31 -4.5齿轮箱的使用安装- 32 -第五章 结论- 33 -参考文献- 34 -致 - 36 -第一章 前 言1.1 国外发展现状与趋势1.1.1风力发电国外发展现状与趋势风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比，风力发电不依赖外部能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有碳排放等环境成本；此外，可利用的风能在全球围分布都很广泛。正是因为有这些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速。根据全球风能理事会的统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长，在过去10年平均年增长率达
10、到28，2007年年底，全球装机总量达到了9400万千瓦，每年新增2000万千瓦，意味着每年在该领域的投资额达到了200亿欧元。许多国家采取了诸如价格，市场配额，税收等各种激励政策，从不同的方面引导和支持风电的发展。在政策的鼓励下，200年全球风电新装机容量约为2000万千瓦，累计装机9400万千瓦。2008年是风电发展具有标志性的一年：这一年风电成为非水电可再生能源中第一个全球装机超过l亿千瓦的电力资源。风电作为能源领域增长最快的行业，共为全球提供了近20万个就业机会，仅2006年风电场建设投资就接近170亿欧元。欧洲和美国在风电市场中占统治地位，其中德国是目前风电装机最大的国家，装机容量超
11、过2000万千瓦；美国和西班牙也都超过了1000万千瓦：印度是除美国和欧洲之外新装机容量最大的国家，装机总容量也超过600万千瓦。世界风电前十名国家近05至07年发展情况如图1.1所示。图1-1 世界风电前十名国家05-07年发展情况比较 就近几年来世界风电发展格局和趋势分析来看，主要有以下几个特征：(1) 风电发展向欧盟，北美和亚洲三驾马车井驾齐驱的格局转变。(2) 风电技术发展迅速，成本持续下降。(3) 政府支持仍然是欧洲风电发展的主要动力。(4) 中国是未来世界风电发展最重要的潜在市场。全球风能理事会是世界公认的风电预测的权威机构，据全球风能理书会的预测。未来五年，全球风电还将保持20以
12、上增长速度，到2012年，全球风电机容量将达到2.4亿千瓦年发电5000亿干瓦时风电电力约占全球电力供应的3。欧洲将继续保持总装机容景第一的位置，亚洲将会超过北美市场排在第二位。 我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源丰富。2006年，国家气候中心也采用数值模拟方法对我国风能资源进行评价，得到的结果是：在不考虑青藏高原的情况下全国陆地上离地面10米高度层风能资源技术可开发量为25.48亿千瓦。近年来，特别是可再生能源法实施以来，中国的风电产业和风电市场发展十分迅速。 2007年，全球风电资金15投向了中国，总额达34亿欧元，中国真正成为全球最大的风电市场。从我国的发展情况来看，我国风电产业将会长期保
13、持快速发展，主要由以下因素的支撑： (1) 国家能源政策升华； (2) 气候变化的推动； (3) 风电技术成熟。 依据目前的趋势，保守估计，到2020年，我国风电累计装机可以达到7000万千瓦。届时风电在全国电力装机中的比例接近6，风电电量约占总发电量的2.8从2020年开始，风电和常规电力相比，成本优势已比较明显。至2030年，风电在全国电力容量中的比重将超过11，可以满足全国5.7的电力需求。 1.1.2风电齿轮箱的发展现状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中最重要的部件，倍受国外风电相关行业和研究机构的关注。风机增速齿轮箱是风力发电整机的配套产品，是风力
14、发电机组中一个重要的机械传动部件，它的重要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，使其得到相应的转速进行发电，它的研究和开发是风电技术的核心，并正向高效，高可靠性及大功率方向发展。风力发电机组通常安装在高山，荒野，海滩，海岛等野外风口处，经常承受无规律的变相变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，并且常年经受酷暑严寒和极端温差的作用，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械产品高得多的要求。风电行业中发展最快，最有影响的国家主要有美国，德国等欧美发达国家，在风电行业中处于统治地位。欧美发达国家早已开发出单机容量达兆瓦级的风力发电机，并且技术相对成熟，具有比较完善的设计理论和丰富的设计经验，
15、而且商业化程度比较高，因此在国际风力发电领域中处于明显的优势和主导地位。国外兆瓦级风电齿轮箱是随风电机组的开发而发展起来的，Renk，Flender等风电齿轮箱制造公司在产品开发过程中采用三维造型设计，有限元分析，动态设计等先进技术，并通过模拟和试验测试对设计方案进行验证。此外，国外通过理论分析及试验测试对风电齿轮箱的运行性能进行了系统的研究，为风电齿轮箱的设计提供了可靠的依据。国家标准GB/Tl9703-2003和国际标准IS081400-4：2005都对风电齿轮箱设计提出了具体的设计规和要求。尽管国际上齿轮箱设计技术已经比较成熟，但统计数据表明，齿轮箱出现故障仍然是M机故障的最主要原因，约占风机故障总数的20左右。由于我国商业化大型风力发电产业起步较晚，技术上较欧美等风能技术发达国家存在报大差距。我国在九五期间开始走引进生产技术的路子，通过引进和吸收国外成熟的技术，成功开发出了兆瓦级以下风力发电机。十五期间在国家863计划中重点提出容量更大的兆瓦级风力发
