风力发电机传动系统的设计doc - 图文(7)

该种方式实际上是在“两三点式点式”的基础上省去了一个主轴的轴承，由主轴前端轴承和齿轮向两侧的支架组成 该种布置不需主轴，风轮法兰直接通过一个大轴承支撑在机架上 ①缩短轴向尺寸 ②简化了结构 ①对齿轮箱的承载能力要求高 ②噪声大 3.3 增速齿轮箱传动系统的典型结构型式及分析

风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮箱、行星齿轮箱以及他们相互组合起来的齿轮箱；按照传动的技术分为单机和多级齿轮箱；按照传动的布置形式又分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等[3]。

近年来，风力发电机组已发展到兆瓦级，下面就兆瓦级风电机组齿轮箱予以简单的介绍。

1．一级行星和两级平行轴齿轮传动

一级行星和两级平行轴齿轮传动形式，其传动原理简单的概括为，行星架将风轮动力传至行星轮（通常设置三个行星轮），再经过中心太阳轮到平行轴齿轮，经两级平行轴齿轮传递是高速轴输出。图3.2的视图显示了动力传递和增速线路以及齿轮箱结构。

机组的主轴与齿轮箱输入轴（行星架）利用胀紧套连接，装拆方便，能保证良好的对中性，且减少应力集中。在行星齿轮级中常利用太阳轮的浮动实现均载。这种结构在

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齿轮箱的输入轴不会因弯曲力矩而变形 一点式①传动链的前轴承、齿轮箱不需主轴，齿轮箱箱体和机舱支架做成一体 和箱架合的机架结构设计传动装置紧凑 难度加大 ②对零件的强度和性能的要求较高 该种布置是将主轴、主轴①结构紧凑②风轮与主轴装配方便 ③齿轮箱内齿轮采用集中强制润滑，润滑①齿轮箱外形尺寸和重量大 ②制造成本相对较高 ③风轮载荷直接作用在齿内置式承与齿轮相集成在一起，主轴内置于齿轮箱内，主轴与第一级行星轮采用花键或过盈连接，风轮载荷效果好 ④现场安装、轮箱箱体上，度齿轮和轴承的运转影响较大 通过箱体传到主轴机架上 维护工作量小

1～2MW的机组中应用较多。

图3.2 一级行星和两级平行轴齿轮传动齿轮箱

2．两级行星齿轮和一级平行轴齿轮传动

两级行星齿轮和一级平行轴齿轮传动型式，采用了两级行星齿轮增速可获得较大增速比，实际应用时在两行星级之外加上一级平行轴齿轮，错开中心位置，以便利用中心通孔通入电缆或液压管路。图3.3的视图显示了其动力传递和增速线路以及结构。

图3.3 两级行星和一级平行轴齿轮传动箱齿轮

3．内啮合齿轮分流定轴传动

内啮合齿轮分流定轴传动是将一级行星和两级平行轴齿轮传动结构的行星架与箱体固定在一起，行星轮轴也变成固定轴，内齿圈成为主动轮，动力通常由三根齿轮分流传至同轴连接的三个大齿轮，再将动力汇合到中心轮传至末级平行轴齿轮。这种传动方式也通常用于半直驱机组的传动装置中。

由内齿圈输入，将功率分流到几个轴齿轮，再从同轴的几个大齿轮传递到下一级平行轴齿轮，相当于行星架固定，内齿圈作为主动轮，再排行星齿轮变为定轴传动。这种装置由于没有周转轴，有利于布置润滑油路。另外从结构上看各个组件可独立拆卸，便于在机舱内进行检修。

4．分流差动齿轮传动

对于分流差动齿轮传动方式可以通过图3.4来了解，如图所示，则是利用差动和行

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星齿轮传动进行动力分流和合流的传动方式，可在结构设计中增加行星轮的个数，并采用柔性行星轮轴，是载荷分配更加均匀，用于较大功率场合。由图中可以看出，行星架传入的动力一部分经行星轮左侧传至太阳轮，另一部分通过与行星架项链的大内齿圈经一组定轴齿轮传至太阳轮，由于差动传递的作用，两部分的动力在此合成输出，传至末级平行轴齿轮。

图3.4 内啮合齿轮分流定轴传动

3.4 增速齿轮箱传动系统设计

随着风力发电技术的日趋成熟，风电机组正向大型化发展，由于风能资源一般分布在环境相对极其恶劣、人烟稀少的极地地方，而风电场的安置又必须以风能的分布为先决条件。所以，相对来说，鉴于对风力机的装机、传动效率、维护、维修方面的原因，提高风力机的可靠性是不容置缓。如第二章中所述，现代风力机的结构形式依据有无齿轮箱可分为带增速齿轮箱风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组。

由其特性可知，尽管直驱式风电机组具有简化传动结构的特点，在风力发电机组容量越来越向大型化发展的今天，过于庞大的低速发电机造成的运输、吊装难题，加上较高制造成本的条件限制，不得不回过头来思考如何减小机构的体积和重量以及降低成本的途径。适当运用齿轮增速或利用功率分流的方法是解决问题的思路之一。 3.4.1 设计的主要内容

与其它工业齿轮箱相比,由于风电齿轮箱安装在距地面几十米甚至一百多米高的狭小机舱内,其本身的体积和重量对机舱、塔架、基础、机组风载、安装维修费用等都有重要影响。同时,由于维修不便、维修成本高,通常要求齿轮箱的设计寿命为20年,对可靠性的要求也极其苛刻。因此，总体设计阶段应在满足可靠性和工作寿命要求的前提下,以最小体积、最小重量为目标进行传动方案的比较和优化；结构设计应以满足传递功率

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和空间限制为前提,尽量考虑结构简单、运行可靠、维修方便。

由于叶尖线速度不能过高,因此随着单机容量的增大,齿轮箱的额定输入转速逐渐降低,兆瓦以上级机组的额定转速一般不超过20r/ min。另一方面,发电机的额定转速一般为1500或1800r/ min ,因此大型风电增速齿轮箱的速比一般在75～100左右。为了减小齿轮箱的体积,500kW 以上的风电增速箱通常采用功率分流的行星传动；500kW～1000kW常见结构有一级行星和两级平行轴以及二级行星和一级平行轴传动两种形式；兆瓦级齿轮箱多采用一级行星和两级平行轴传动的结构。由于行星传动结构相对复杂,而且大型内齿圈加工困难,成本较高,即使采用2级行星传动,也以NWG传动形式最为常见[6]。

结合以上分析，设计此次的增速齿轮箱的传动方式采用行星轮系，以图3.5作为参考传动方案，初步拟定定轴部分采用减速器的设计方法，再结合书籍资料完成风力发电齿轮箱的设计，校核，CAD二维的装配图及其零件图 。

关于行星轮系的传动比，及齿轮的计算，会参照《机械原理》《机械设计手册》等一些书籍的部分内容进行，还有关于轴的计算等。有关设计的主要参数如表3.2所示。

表3.2 齿轮箱设计的重要参数

输入功率 输入转速范围 风轮转速 传动形式 总传动比 发电机型号 发电机额定功率 发电机转速范围 发电机额定转速 0.55kW 10～20r/min[5] 18r/min 一级行星和两级平行定轴 100 FG500M46-4RB+KK 1560kW 1000～2000r/min 1800r/min 由于风力发电机组运转的环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应能满足极端温差条件下所具有的材料特性，比如抵抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等。并且外齿轮制造精度不低于6级，齿面硬度58～62HRC。同时，为了提高承载能力，所以，齿轮、轴类采用合金钢制造，具体为外齿轮采用20CrMnMo材料，内齿圈和轴类零件采用42CrMo材料。

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表3.3 所选材料的部分特性[8]

截面尺寸 钢号 热处理状态 直径 D/mm 20CrMnMo 渗碳+正火+ 30 低温回火 ≤100 壁厚 s/mm 15 ≤50 σb /N·mm-2 ≥1079 ≥834 ≥785 ≥7 力学性能 σs δ5 /% ψ ak /J·cm-2 硬度 HBS ≥40 ≥39. …… 此处隐藏：2231字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……