风力发电机组的齿轮箱设计维护技术

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1、第二编!风力发电机组的设计检测与制造技术#######################################第八章!风力发电机组的齿轮箱设计维护技术风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主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并使其得到相应的转速。风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）和齿轮箱的输入轴合为一体，其轴端形式是法兰盘连接结构。也有将大轴与齿轮箱分别布

2、置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定桨距风轮）或变桨距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变载荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如，对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等

3、特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。本章论述是以水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动为代表的。第一节!齿轮箱的设计齿轮箱的设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。根据机组要求，采用"#$优化设计，选用合理的设计参数，排定最佳传动方案，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差

4、下仍然保持稳定的材料，配备完整充分的润滑、冷却系统和监控装置等等，是设计齿轮箱的必要前提条件。一、设计要求齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。为此要建立整个机组的动态仿真模型，对起动、运行、空转、停机、正常起动和紧急制动等各种工况进行模拟，针对不同的机型得出相应的动态功率曲线，利用专用的设计软件进行分析计算，求出零部件的设计载荷，并以此为依据，风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也

5、可以按·’&%·第二编7风力发电机组的设计检测与制造技术#######################################照!"#$%&’&&标准计算确定。国际上通行的《风力发电机组认证规范》有相应的章节给出载荷谱计算公式，本手册有关章节也对水平轴风力发电机组气动载荷谱分析计算作了详尽的讲解。这些资料都可用作设计计算的参考。对于齿轮箱的使用系数（即动载荷放大因子）推荐如下：%）当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数()*%；+）当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取()*%,’。风力发电机组齿轮箱的主要承载

6、零件是齿轮，其轮齿的失效形式主要是轮齿折断和齿面点蚀、剥落，故各种标准和规范都要求对齿轮的承载能力进行分析计算，常用的标准是-"#.’/0&或123’44&（等效采用25&6’’6）中规定的齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳校核计算，对轮齿进行极限状态分析。齿轮传动设计参数的选择：%,形角!（分度圆压力角）的选择7齿轮的标准齿形角为+&8。为了提高强度，有时也采用大齿形角（如+’8、+98、+08等），使轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径增大，从而提高承载能力，但会增大轴承上的载荷。采用小齿形角（小于+&8）时，可使避免根切的最少齿数

7、增多，加大了重合度，从而降低噪声和动载荷，但会减小轮齿的强度。根据实践经验，如果没有特别要求，建议采用+&8标准齿形角。+,模数:的选择7在满足轮齿弯曲强度的条件下，选用较小的模数可以增大齿轮副的重合度，减小滑动率，也可以减小齿轮切削量，降低制造成本。但随之而来的因制造和安装的质量问题会增大轮齿折断的危险性，故实际使用常常选用较大模数。模数的选择应符合-"#.%’9;的规定或按照经验数据，取:*（&,&%9<&,&+）=式中7=———齿轮传动的中心距。齿轮的基本齿廓应符合-"#.%’96的规定。’,齿数>7受齿轮根切的限制，

8、小齿轮有最少齿数的要求。对于尺寸一定的齿轮，齿数增加和模数减小可明显提高传动质量，故在满足轮齿弯曲强度的条件下，应尽量选用较多齿数。/,螺旋角"7"角太小，将失去斜齿轮的优点；取大值，可增大重合度，使传动平稳性提高，但会引起很大的轴向力，一般取"*08<%98。人字齿轮可取大一些，例如取"