（优秀毕业全套设计）风力发电机传动链设计（整套下载）

大中型风力发电机组主轴材料可选用或其他高强度的合金钢，必须经过调质处理，保证钢材在强度塑性韧性个方面都有较好的综合机械性能，在设计加工图时，必须注明这技术要求。

主轴如图所示图主轴示意图齿轮箱齿轮箱是风力发电机组中关键零部件。

齿轮箱由齿轮副箱体和轴承密封装置润滑油净化和温控系统等组成，由于风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下，为了实现风力机与发电机匹配，采用增速齿轮箱。

在风力发电机组中，对齿轮箱的要求非常严格，不仅体积小重量轻效率高，而且要承载能力大起动力矩小寿命长。

齿轮箱分为两类，即定轴线齿轮传动和行星齿轮传动。

定轴线齿轮结构简单，维护容易，造价低廉。

行星齿轮传动具有传动比大体积小质量小承载能力大工作平稳和在些情况下效率高等优点，缺点是结构相对较复杂，造价高。

如图所示。

图齿轮箱整体图.风电发电机传动链主要零件的设计计算风电机组设计所涉及的学科领域和专业知识较多，而系统的工程设计技术积累和丰富的设计实践经验是保证大型风电机组设计质量的必备条件。

．确定设计目标与所有大型装备的设计相似，首先需要明确所设计风电机组的设计目标。

比如，并网大功率机组与偏僻地区的小型单机设计需求明显不同。

因此，针对设计需求，应考虑合理的机组功能构成电机类型控制方式运输和安装方式等影响机组性能指标的主要因素。

例如，陆上风电场所需的大型机组通常额定功率范围为，便于运输安装运行和维修。

近海风力发电机组的运行环境如风况波浪和盐雾等安装条件等与陆上有很大差别，基础和运输方式需要重点考虑。

此外，检修维护不便，对可靠性有更高的要求。

风力发电机总体设计方案风电机组是比较复杂的机电装备，且要求较好的性价比。

总体设计是平衡这些关系的重要设计过程，在种意义上来说，总体设计可以决定整个设计过程的成败。

由于风电机组由多个功能子系统组成，机组总体设计与各部件或子系统的功能设计密切相关，以针对风轮部件的总体设计为例，就包括了叶片参数气动性能结构强度制造工艺与成本等多方面的设计内容，而这些设计目标很难同时达到，需要权衡各方的比重，选择优化的方案。

有鉴于低成本与高可靠性是现代风电机组发展的主要动力和研究热点，如何根据设计目标并结合工程经验，在这些复杂因素之间取得平衡关系，满足尽可能高的设备性价比要求，是风电机组总体设计的关键所在。

以下简要介绍风电机组总体设计的主要任务与大致步骤风电机总体设计方案总体气动布局方案设计随着风电机单机功率的增大，系统气动布局设计逐渐成为风电机组设计重要方面。

此阶段的任务主要包括对风场的风况分析，有针对性地对各类可行的功能构成形式和气动布局方案进行比较和选择，并结合机组性能和气动特性的分析和仿真技术，初步确定整机的和各主要部件子系统的基本形式，并提交有关的分析计算报告。

风电机总体参数设计风电机组气动设计前须首先确定总体参数，如风轮运行参数叶片参数设计风速尖速比翼型分布及其气动性能等，总体参数设计的基本要求是发电成本最低机组载荷最小，发电量多且满足电源品质要求。

风电机的总体结构布局设计此阶段是需要从风电机的总体功能角度出发，分析各部件子系统附件和设备的布置形式与技术要求，开展对各部件和子系统的技术组成原理分析结构形式和功能参数选择等工作。

同时需要对整机的结构承力构件布置承载形式和传力路线进行分析，选择合理的设计分离面和接口形式，以便明确划分各部件设计界面，保证总体设计的质量。

载荷分析与风电机组基本性能的预评估在设计初期，必须对载荷作预评估，以准确确定风电机组的结构设计依据。

风电机组应能够承受正常运行中的任何载荷，同时也具备定的承受极端载荷的能力。

最重要的载荷产生于风轮及其叶片，且风轮上的任何载荷都会对其他子系统产生影响。

该阶段要注意查阅并依据相关设计标准，结合具体的风电机组运行工况要求，对所有载荷都应予以仔细分析评估。

各部件和子系统的设计方案根据整机总体结构方案，开展包括对各部件和系统的要求组成原理分析结构形式参数及附件的选择等设计工作。

设计有关部件的结构方案模型图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。

配套附件选择和确定整机配套附件和备件等设备，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。

提交协作及采购清单等有关文件。

总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重的进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有的重大反复，导致设计的失误和延期。

上述总体设计的各阶段属于静态设计，设计结果是风电机组总体设计方案图总体布置图和设计计算报告风电机性能分析与载荷初步分析报告各部件和子系统的初步技术要求与设计示意图系统原理图。

风电机结构动力学分析在初步完成风电机组总体设计的基础上，需要进步对风电机组动特性进行详细的分析。

动特性分析属于风电机组结构动力学研究范畴，主要涉及动载荷分析振动及结构动特性分析等方面的内容。

动载荷问题作用于风轮叶片上的周期性气动和机械载荷会引起叶片等构件的动态响应，而此响应反馈于外部气动负荷。

因此，这实质上是种流固耦合响应问题，对风轮等零部件的疲劳会产生影响。

同时，叶片等构件的动负载将合成为风轮的动负载，也是风电机振动的主要振源。

振动风电机组的运行过程中，始终存在持续的周期性的振动，风轮发电机传动系统及其支撑结构等零部件的设计都必须考虑振动问题。

振动会引起结构的损伤或破坏，影响设备的可靠性和可用性。

稳定性风电机组载荷存在复杂的耦合关系，可能会导致各种动力稳定性问题的产生。

在风电机组发展史上，运行中风轮与其他机体耦合的结构不稳定性问题造成了许多严重的后果。

风轮的动力不稳定性，包括变距挥舞不稳定性经典颤振变距摆振不稳定性及挥舞摆振不稳定性等。

风电机组的可靠性设计风电机组可靠性量化指标，通常以其可利用率来度量。

此种量化指标属于广义可靠性范畴，因其同时包括了风电机组可靠性和可维修性等方面的内容。

因此，可利用率实际上是种反应风电机组固有可靠性和运行管理可靠性的综合度量指标。

.风力发电机传动链零件设计方案风电机组传动链部件结构方案设计根据确定的总体传动布局总体技术参数设计载荷以及风电机传动链组的初步结构方案，开展子系统和部件具体结构的设计。

这些子系统或主要的部件有包括主轴联轴器齿轮箱制动装置设计准则风电机组的零部件很多，相应的结构设计应根据具体的设计要求，参照合理的设计准则进行详细的设计与校核。

其中，有些部件或构件应采用刚度设计强度校核的准则有些则应首先考虑强度要求，并进行必要的刚度分析。

零部件强度与刚度分析结构的极限强度设计极限强度设计的基本准则是在极端载荷作用下，保证构件的应力不超过材料许用应力，避免发生静载破坏。

对于载荷的波动情况，般需要通过增加许用安全系数加以解决。

构件刚度分析构件刚度般是指其抵抗变形的能力，包括在动载荷和静载荷作用的刚度。

实际上，构件的刚度分析与强度设计有密切联系，应根据主要构件的具体工况条件和设计要求，考虑合理的刚度指标，并结合强度分析使设计达到优化。

结构疲劳强度设计疲劳破坏是影响承受交变载荷构件的设计寿命的主要失效形式之。

有鉴于风电机组的循环和随机载荷作用条件，许多构件容易发生疲劳失效。

因此，需要详细分析主要零部件在风电机组寿命期内的循环应力值和循环次数。

零部件的工程详图设计根据风电机组总体与部件结构设计方案，可以开展风电机组的工程详图设计根据主要构件的具体工作。

设计中需要解决设备总体和零部件的装配加工等具体技术问题，提供详细的设计技术文件，形成设备制造工程的基础。

.风力发电机增速器的设计计算传动装置是大多数机器的主要组成部分。

传动件及传动装置设计是否合理制造和装配质量是否符合要求，将成为决定产品质量的关键。

传动可以分为机械传动流体传动和电传动三类。

而机械传动按其工作原理分为啮合传动与摩擦传动，具体分为链传动带传动齿轮传动蜗杆传动四类。

根据风力发电机组传动特点和工作环境要求，般均选择齿轮传动。

齿轮传动是机械传动中最重要应用最广泛的种传动形式。

其主要优点是具有瞬时传动比恒定可靠性高寿命长结构紧凑。

齿轮传动分为开式半开式和闭式三种传动方式。

由于风力发电机工作环境恶劣，般采用闭式传动以满足润滑要求。

增速器是指安装在原动机与工作机之问独立的闭式传动装置，用于增加转速应相应减小转矩。

增速器是风力发电机组的重要组成部分，它承担了调速改变运动形式动力和运动的传递和分配等功能。

考虑到风力发电机要求传动比大结构紧凑效率高等特点，本文采用两级行星齿轮传动加级平行轴斜齿轮传动的结构形式。

.传动方案的确定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它们互相组合起来的齿轮箱按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱按照传动的布置形式又可分为展开式分流式和同轴式以及混合式等。

常用齿轮箱形式及其特点和应用见表。

表常用风力发电机组增速箱的形式和应用传递形式传动简图推荐传动比特点及应用两级圆柱齿轮传动展开式结构简单，但齿轮箱对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大刚度。

高速级齿轮布置在原理转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形可部分抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均现象，用于载荷比较平缓场合。

高速级般做成斜齿，低速级可做成直齿分流式结构复杂，但由于齿轮箱对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀轴承受载较均匀，中间轴危险截面上的转矩只相当于轴所传递转矩的半，适用于变载荷的场合。

高速级般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿同轴式减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长刚度差，使沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难于充分利用同轴分流式每对啮合齿轮仅传递全部载荷的半，输入轴和输出轴只承受转矩，中间轴只受全部载荷的半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小风电增速箱由于功率大，大转矩的特点，通常采用功率分流的行星传动。

常见结构有两级平行轴加级行星和级平行轴加两级级行星传动两种形式。

本文采用的是平行轴与行星轮系混合式齿轮箱。

.增速器基本设计要求及设计步骤增速器齿轮箱的主要设计要求如表所示。

额定功率增速比输出转速输入转速分度圆压力角模数表原始设计要求增速器设计步骤根据传动装置的使用要求及工作特点确定传动形式为行星齿轮传动。

确定行星传动的结构形式和选择传动方案。

根据选定的电机的输入速度和经过减速机构减速后的输出速度，确定出这个减速机构的传动比范围。

输入转度.增速机构增速后的输出速度.根据减速装置的用途和工作特点，传动形式定位两级定轴传动单级行星传动，行星传动的结构形式确定为单级型行星传动机构。

确保其稳定性，行星轮数目为，其传动比范围为。

由此，初定传动比分配情况如下第级行星传动.第二级行星传动.第三级定轴传动传动原理图目前，国内生产的增速箱主要采用型行星传动，行星架为输入端，太阳轮为输入端。

其具有如下优点行星架采用焊接结构，工艺简单，重量较轻。

动力由行星轮系系杆输入，刚性好，符合风力发电机受力大转矩大的特点。

高速级和低速级分别采用行星架浮动和太阳轮浮动，简化了结构，使得结构更加的紧凑，均载效果好。

考虑到风力发电机大功率，结构紧凑高可靠性等特点，本文采用的传动形式如图图风力发电机组增速箱传动简图增速器传动结构分为三级，第级为行星轮系，第级行星架为输入端，由第级太阳轮传递至第二级行星齿轮平行轴轮系传动第三级采直齿轮传动，直接与电机相联。

此传动方案具有如下优点低速级为行星传动，效率高，体积小，重量轻，结构简单，传递功率范围大，成功实现了功率分流，轴向尺寸小，采用行星轮浮动，均载效果好，实现了大传动比高速级为平行轴圆柱直齿轮传动，合理分配了传动比，实现了平稳输出，降低了振动。

.增速器各传动部件的材料及力学性能由于风力发电机组具有工作环境恶劣受力情况复杂等特点。