【正文】 增大，從而提高承載能力，但會增大軸承上的載荷。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的主要承載零件是齒輪，其齒輪的失效形式主要是輪齒者斷和齒面點蝕、剝落，故各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都要求對齒輪的承載能力進(jìn)行分析計算，常用用的標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T3480 或 DIN3990 中規(guī)定的齒根彎曲疲勞和齒面接觸疲勞校核計算，對輪齒進(jìn)行極限狀態(tài)分析。箱蓋上還應(yīng)設(shè)有透氣罩、油標(biāo)或油位指示器。箱體支座的凸緣具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的耳孔和搖 臂支座孔的結(jié)構(gòu)。為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上設(shè)有觀察窗。鑄造箱體時應(yīng)盡量避免壁厚突變，減小壁厚差，以免產(chǎn)生縮孔和疏松等缺陷。采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點。注意 軸承支承和機(jī)座支承的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增設(shè)必要的加強(qiáng)筋。箱體必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質(zhì)量。根據(jù)機(jī)組的要求，選用合理的設(shè)計參數(shù)，排定最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的構(gòu)件和具有良好力學(xué)特性以及在環(huán)境溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，配備完整充分的潤滑、冷卻系統(tǒng)和監(jiān)控裝置等，是設(shè)計齒輪箱的必要前提條件。 圖 310 混合式 齒輪箱傳動形式的選用 ： 由于需求齒輪箱的增速比為 1： ，根據(jù)以上齒輪箱的特點以及設(shè)計的沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 11 需要，我們采用了一級行星兩級圓柱齒輪混合式傳動。 圖 38 單級 NGW 圖 39 兩級 NGW 3）一級行星兩級圓柱齒輪傳動混合式：如圖 310所示，傳動比 i= 80~20 ，低速軸為行星傳動，使功率分流，同時合理應(yīng)用了內(nèi)嚙合。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 10 圖 36 同軸式 圖 37 同軸分流式 （ 2） 行星齒輪傳動 1）單級 NGW：如圖 38 所示，傳動比 i= ~ ，與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸小，重量輕，但制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在要求結(jié)構(gòu)緊湊的動力傳動中使用廣泛。 圖 34 展開式 圖 35 分流式 3）同軸式：如圖 36所示，傳動比 i= 80~6 ，這種傳動形式減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪侵入油 中深度大致相同，但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用，兩級圓柱齒輪傳動同軸。適用于變載荷的場合。 2）分流式：如圖 35所示，傳動比 i= 80~6 ，這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。常用的齒輪箱形式及特點和應(yīng)用如下： （ 1） 兩級圓柱齒輪傳動： 1）展開式 ：如圖 34 所示，傳動比 i= 80~6 ，這種傳動形式結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。 由于機(jī)組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無規(guī)律的變向變載荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑、嚴(yán)寒和極端溫差的影響，加之所處環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)非常困難，故對其可靠性和使用壽命比一般的機(jī)械高得多的要求。 齒輪箱的構(gòu)造及選用 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個重要的機(jī)械部件，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 34 可知， ??S = ~ ，故 ? ?SS? ，所以是安全的。 m ?M N ? —— 空心軸內(nèi)徑 0d 與外徑 d之比， 0dv d? pWW、 —— 抗彎和抗扭截面系數(shù) ㎜ 3 MT、 —— 截面上的彎矩和扭矩 N 313 得 ??? ， ??? ；查表 26 36得 ??K ， ??K ；查 表 26 危險截面安全系數(shù) S的校核計算公式為 ? ?22SSSSSS??????? (31) 式中 S? —— 只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) S? —— 只考慮扭矩作用時的安全系數(shù) ??S —— 按疲勞強(qiáng)度計算的許用安全系數(shù) 1mS K?? ????? ? ?????? 1mS K?? ????? ? ?????? (32) 式中 1?? —— 對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限（ MPa） 1?? —— 對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限（ MPa） KK??、 —— 彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中系數(shù) ? —— 表面質(zhì)量系數(shù) ????、 —— 材料拉伸和扭轉(zhuǎn)的平均應(yīng)力折算系數(shù) m???、 —— 彎曲應(yīng)力 的應(yīng)力副和平均應(yīng)力（ MPa） m???、 —— 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力副和平均應(yīng)力（ MPa） 以知： rpmn ? ， kWP 1100? 查機(jī)械設(shè)計手冊表 26 主軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 主軸的疲勞強(qiáng)度校核判斷根據(jù)為 ? ?SS? 。 這種結(jié)構(gòu)能吸收自與片來的突變負(fù)載。圖 b 主軸上的一個支撐由軸承架支撐；另一支撐由齒輪箱支撐，也就是所謂的三點式支撐。主軸的主要結(jié)構(gòu)一般有以下兩種，如圖 33 所示。 主軸 的設(shè)計 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主軸承擔(dān)了支撐輪轂傳遞過來的各種負(fù)載的作用，并將扭矩傳遞給增速箱，將軸向力、氣動彎矩傳遞給機(jī)艙、塔架。當(dāng)來流在上下有變化或陣風(fēng)時，葉片上的載荷可以使葉片離原風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面。由于鉸鏈?zhǔn)捷嗇灳哂谢顒硬考?，相對于剛性輪轂來說，制造成本高，可靠性相對較低，維護(hù)費用高；它與剛性輪轂比所受力和力矩較小。但它要承受所有風(fēng)自風(fēng)輪的力和力矩，相對老講承受風(fēng)輪載荷高，后面的機(jī)械承載 大，結(jié)構(gòu)上有三角形和球形等形式。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵作為輪轂的材料。它可以是鑄造結(jié)構(gòu)，也可以采用焊接結(jié)構(gòu)，其材料可以去鑄鋼也可以采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵。 風(fēng)輪輪轂的作用是傳遞風(fēng)輪的力和力矩到后面的機(jī)械結(jié)構(gòu)中去，由此葉片上的載荷可以傳遞到機(jī)艙或塔架上。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 5 第 3 章 風(fēng)機(jī)主傳動系統(tǒng)中主要部件設(shè)計 輪轂的形式與選用 輪轂的作用及結(jié)構(gòu) 輪轂是連接葉片與主軸的重要部件，它承受了風(fēng)力作用在葉片上推力、扭矩、彎矩及陀螺力矩。 （ 3）分流式 圖 23 1輪轂 2主軸 5聯(lián)軸器 4增速箱 6制動器 7發(fā)電機(jī) 這種形式比較少見，一般在設(shè)計中不采用。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主傳動系統(tǒng)主要有以下幾種形式： （ 1）一字型 圖 21 1— 輪轂 2— 主軸 6— 連軸器 4— 增速箱 5— 制動器 7— 發(fā)電機(jī) 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 4 這種布置形式，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中采用最多的形式，其主要特點是對中性好，負(fù)載分布均勻；其缺點是占軸線長，可能使主軸太短，主軸承載荷較大。對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，多采用升力型水平軸風(fēng)力機(jī)，因為大多數(shù)水平軸風(fēng)力機(jī)具有對風(fēng)裝置，能隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動系統(tǒng)的布置形式 風(fēng)力機(jī)歸納起來，可分為兩類：①水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn) 軸與風(fēng)向平行。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動系統(tǒng)的工作原理 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能的一個系統(tǒng)。其主傳動系統(tǒng)又由輪轂、主軸、齒輪箱、連軸器、制動器、發(fā)電機(jī)等部件組成。 課題所要解決的問題 本文重點敘述了用 SolidWorks 對 1MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的主傳動系統(tǒng)部件的三維建模設(shè)計過程，并解決了對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的主傳動系統(tǒng)部件的設(shè)計、計算及選擇問題，最后把所設(shè)計的零件進(jìn)行了裝配，并進(jìn)行了傳動模擬。此外還有清華大學(xué) ]7][6][5[ 、浙江大學(xué)、北方交通大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué) ]9][8[ 等研究院所也都曾參與了風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的研究，已初步掌握了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵設(shè)備的制造，取得了一定的成果，并有產(chǎn)品投入試運行，但畢竟時間太短，基礎(chǔ)較差，所制造的產(chǎn)品缺乏合適的設(shè)備檢驗和足夠的時間驗證，以至人們對國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 技術(shù)的可靠性存在疑慮。風(fēng)場中使用的風(fēng)力機(jī) 95%都來自國外，設(shè)備幾乎全部是進(jìn)口的?，F(xiàn)在，在小型風(fēng)力機(jī)組的生產(chǎn)和應(yīng)用方面，我國以 15 萬臺擁有量居世界首位；但在大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電方面起步較晚，發(fā)展速度不盡人意，但仍然取得了客觀的成績。在“八五”和“九五”期間，將風(fēng)能應(yīng)用列入了國家重點科技攻關(guān)項目，并組織了多家科研單位進(jìn)行攻關(guān)，取得了一定成績。風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量朝著大型化發(fā)展，目前兆瓦級風(fēng)力機(jī)已經(jīng)是國際風(fēng)電市場上的主流產(chǎn)品，美國 7 兆瓦風(fēng)力機(jī)已經(jīng)研制成功，而英國正在研制 10 兆瓦的巨型風(fēng)力機(jī)。德國風(fēng)力發(fā)電量占世界總量的 40%，排名世界第一，其后依次為美國、西班牙、丹麥和印度 ]2[ 。 目前國內(nèi)外風(fēng)力機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，風(fēng)電已經(jīng)成為世界上增長最快的能源，過 去 5 年全球風(fēng)電累計裝機(jī)容量的平均增長一直保持在 33%。風(fēng)力發(fā)電是目前利用風(fēng)能的重要形式，也是多種可再生能源利用技術(shù)中比較成熟的 ]1[ 。我國幅員遼闊，陸疆總長 2 萬多公里，海岸線 萬公里，風(fēng)能資源豐富根據(jù)氣象部 門的資料，可開發(fā)的陸地風(fēng)能資源大約為 253WG，可利用的海洋風(fēng)能資源大約為 750WG。而風(fēng)能取之不盡，用之不竭，是非常重要的一種潔凈的可再生能源，是人類能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變中一個非常重要的部分。 最后，在 SolidWorks 平臺上把所有建模設(shè)計出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動系統(tǒng)的零部件進(jìn)行了裝配，并在平臺上進(jìn)行了傳動模擬演示，使人們更直觀的了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動系統(tǒng)的組成及工作情況。發(fā)電機(jī)的選擇尤其重要，所以本文對所選擇的雙饋異步發(fā)電機(jī)的工作原理及作用作了介紹。根據(jù)齒輪箱的增速要求，合理選擇了齒輪箱內(nèi)的各級齒輪軸和齒輪的參數(shù)。為了確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)在其壽命期內(nèi)能夠正常工作，對主軸進(jìn)行了強(qiáng)度分析。對主傳動系統(tǒng)各部件在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的作用作了介紹，并對其結(jié)構(gòu)形式及選用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 I 基于 SolidWorks 的風(fēng)機(jī)主傳動系統(tǒng)三維建模