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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，
2、结果符合安全要求。 其次，基于 ProE 参数化建模功能，运用渐开线方程及螺旋线生成理论，建立斜齿 轮的三维参数化模型。 然后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行理论分析计 算。关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，建模AbstractThe 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 rec
3、eived 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 technologyThere
4、fore，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
5、has been carried out by selecting the transmission scheme and calculating the gear parameters。 Firstly, the 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 anal
6、ysis results is obtainedThe static strength check of tooth surface contact is implemented according to related standardThe 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 spi
7、ral line by using the function of parametric modeling in ProE Then, the tooth surface contact stress of the gear transmission is calculatedKey Words：the wind power ，Gearbox for Wind Turbine；Structure Design；Parametric Modeling目 录中文摘要. .I 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
8、展现状 1.2.2 风电齿轮箱的发展趋势 1.3 课题意义.3 1.4 论文的主要内容.3 2 齿轮箱的设计.5 2.1 增速齿轮箱方案设计5 2.2 齿轮参数确定.7 2.2.1 行星轮系的齿轮齿.7 2.2.2 圆柱级齿轮参数 2.3 受力分析与静强度校核.9 2.3.1 受力分析 2.3.2 低速级外啮合齿面静强度计算 2.4 本章小结 3 传动轴和箱体的设计 3.1 高速轴的设计 3.2 低速轴的设计 3.3 中间轴的设计 3.4 箱体 4 齿轮箱的密封、润滑和冷却 4.1 齿轮箱的密封 4.2 齿轮箱的润滑、冷却 5 齿轮箱的使用及其维护 5.1 安装要求 5.2 定期更换润滑油 5
9、.3 齿轮箱常见故障 6 基于 ProE 的斜齿轮参数化造型 6.1ProE 参数化建模概述 6.2 齿轮参数化模型建立 6.2.1 设置参数与数学关系式 6.2.2 构造齿廓 6.2.3 生成齿轮 6.3 模型装配 6.4 总结结论 .25 致谢.26 参考文献.261 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 075 千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电
10、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%。 19982008 年全球风电装机容量的增长情况。如图 1 所示。我国的风电发展主要集中在 2003 年
11、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。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
12、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
13、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。12 国内外发展现状与趋势 121 风力发电国内外发展现状风力发电的快速增长带动了风电设备制造业的发展， 2007 年度全球风电设备市场 总价值达到 360 亿美元。目前， 世界上先进的风电设备制造企业主要集中在少数几个国 家，如丹麦、 德国、 西班牙和美国等， 著名的公司有 Ves tas(丹麦)、 GE Wind(美国)、Gamesa(西班牙)、Enercon (德国)、 Suzlon(印度)等。图 3 为
14、 2007 年世界风电机组 市场份额图。2007 年， 丹麦的 Vestas 公司占全球市场份额的 22.8%， 前 3 位公司 占有了市场份额的一半多。值得一提的是， 我国的金风科技股份有限公司也占据了 2007 年世界风电市场的 4. 2%。风电的快速增长同样刺激了我国风电设备制造业的发展，并迅速崛起了像金风科技 股份有限公司、 华锐风电科技有限公司、 湖南湘电风能有限公司、 浙江运达风力发电 工程有限公司等风电设备制造企业。这些企业通过对国外风电技术的吸收再创新， 形成 了较大的生产规模。目前，国内从事风电设备制造的企业达 50 余家，而且配件制造企业 队伍也在迅速扩大。2007 年我国
15、新增装机容量中， 内资企业产品占 55. 9%， 其中金 风科技的份额最大， 占新增总装机容量的 25.1%，占内资企业产品的 44. 9% ;合资企业 产品占新增装机容量的 1.6%; 外资企业产品占 42. 5%， 其中西班牙 Gamesa 的份额最 大，占新增装机容量的 39. 9% 。国际上，兆瓦级以上的风电机组已经成为主流机型。如 美国:主流机型 1. 5MW， 丹麦: 主流机型( 2. 03. 0)MW。截至 2006 年，我国风电机组 1MW 以下的机组占总装机容量的 70%， 1MW 2MW 之间的风电机型只占 26%， 2MW 以上机型占 4%。根据国家发改委规划，我国未来的风电新增装机将以 1. 5MW、 2MW 机型为主， 1MW 以下机型所占比重将逐渐降低。 风力
