第一節(jié) 概述
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，其主要功用是將風(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。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，有時將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)連接的結(jié)構(gòu)。為了增加機(jī)組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置，配合葉尖制動（定漿距風(fēng)輪）或變漿距制動裝置共同對機(jī)組傳動系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動。
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)律的變向變負(fù)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，加之所處自然環(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都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件，等等。對冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進(jìn)行遙控。
不同形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結(jié)構(gòu)也因此而異。在風(fēng)電界水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動最為常見。
如前所述，風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，而狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個傳動系的動力匹配和扭轉(zhuǎn)振動的因素總是集中反映在某個薄弱環(huán)節(jié)上，大量的實踐證明，這個環(huán)節(jié)常常是機(jī)組中的齒輪箱。因此，加強(qiáng)對齒輪箱的研究，重視對其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。 第二節(jié) 設(shè)計要求 設(shè)計必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡化并且重量最輕。通常應(yīng)采用CAD優(yōu)化設(shè)計，排定傳動方案，選用合理的設(shè)計參數(shù)，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)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，等等。
一、 設(shè)計載荷齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷譜是齒輪箱設(shè)計計算的基礎(chǔ)。載荷譜可通過實測得到，也可以按照J(rèn)B/T10300標(biāo)準(zhǔn)計算確定。當(dāng)按照實測載荷譜計算時，齒輪箱使用系數(shù)KA＝1.當(dāng)無法得到載荷譜時，對于三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組取KA=1.3.二、設(shè)計要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的設(shè)計參數(shù)，除另有規(guī)定外，常常采用優(yōu)化設(shè)計的方法，即利用計算機(jī)的分析計算，在滿足各種限制條件下求得設(shè)計方案。
（一） 效率齒輪箱的效率可通過功率損失計算或在試驗中實測得到。功率損失主要包括齒輪嚙合、軸承摩擦、潤滑油飛濺和攪拌損失、風(fēng)阻損失、其它機(jī)件阻尼等。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。
風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求齒輪箱的機(jī)械效率應(yīng)大于97%，是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)。
（二） 噪聲級風(fēng)力發(fā)電增速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85dB（A）左右。噪聲主要來自各傳動件，故應(yīng)采取相應(yīng)降低噪聲的措施：
1. 適當(dāng)提高齒輪精度，進(jìn)行齒形修緣，增加嚙合重合度；
2. 提高軸和軸承的剛度；
3. 合理布置軸系和輪系傳動，避免發(fā)生共振；
4. 安裝時采取必要的減振措施，將齒輪箱的機(jī)械振動控制在GB/T8543規(guī)定的C級之內(nèi)。
（三） 可靠性按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進(jìn)行疲勞分析，對齒輪箱整機(jī)及其零件的設(shè)計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析、動力學(xué)分析等。分析方法除一般推薦的設(shè)計計算方法外，可采用模擬主機(jī)運行條件下進(jìn)行零部件試驗的方法。
在方案設(shè)計之初必須進(jìn)行可靠性分析，而在施工設(shè)計完成后再次進(jìn)行詳細(xì)的可靠性分析計算，其中包括精心選取可靠性好的結(jié)構(gòu)和對重要的零部件以及整機(jī)進(jìn)行可靠性估算。 第三節(jié) 齒輪箱的構(gòu)造 一、齒輪箱的類型與特點風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照轉(zhuǎn)動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等等。常用齒輪箱形式及其特點和應(yīng)用見表.20.1-1.（表20.1-1 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的主要類型和特點）。
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，其主要功用是將風(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。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，有時將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)連接的結(jié)構(gòu)。為了增加機(jī)組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置，配合葉尖制動（定漿距風(fēng)輪）或變漿距制動裝置共同對機(jī)組傳動系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動。
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)律的變向變負(fù)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，加之所處自然環(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都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件，等等。對冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進(jìn)行遙控。
不同形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結(jié)構(gòu)也因此而異。在風(fēng)電界水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動最為常見。
如前所述，風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，而狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個傳動系的動力匹配和扭轉(zhuǎn)振動的因素總是集中反映在某個薄弱環(huán)節(jié)上，大量的實踐證明，這個環(huán)節(jié)常常是機(jī)組中的齒輪箱。因此，加強(qiáng)對齒輪箱的研究，重視對其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。 第二節(jié) 設(shè)計要求 設(shè)計必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡化并且重量最輕。通常應(yīng)采用CAD優(yōu)化設(shè)計，排定傳動方案，選用合理的設(shè)計參數(shù)，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)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，等等。
一、 設(shè)計載荷齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷譜是齒輪箱設(shè)計計算的基礎(chǔ)。載荷譜可通過實測得到，也可以按照J(rèn)B/T10300標(biāo)準(zhǔn)計算確定。當(dāng)按照實測載荷譜計算時，齒輪箱使用系數(shù)KA＝1.當(dāng)無法得到載荷譜時，對于三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組取KA=1.3.二、設(shè)計要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的設(shè)計參數(shù)，除另有規(guī)定外，常常采用優(yōu)化設(shè)計的方法，即利用計算機(jī)的分析計算，在滿足各種限制條件下求得設(shè)計方案。
（一） 效率齒輪箱的效率可通過功率損失計算或在試驗中實測得到。功率損失主要包括齒輪嚙合、軸承摩擦、潤滑油飛濺和攪拌損失、風(fēng)阻損失、其它機(jī)件阻尼等。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。
風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求齒輪箱的機(jī)械效率應(yīng)大于97%，是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)。
（二） 噪聲級風(fēng)力發(fā)電增速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85dB（A）左右。噪聲主要來自各傳動件，故應(yīng)采取相應(yīng)降低噪聲的措施：
1. 適當(dāng)提高齒輪精度，進(jìn)行齒形修緣，增加嚙合重合度；
2. 提高軸和軸承的剛度；
3. 合理布置軸系和輪系傳動，避免發(fā)生共振；
4. 安裝時采取必要的減振措施，將齒輪箱的機(jī)械振動控制在GB/T8543規(guī)定的C級之內(nèi)。
（三） 可靠性按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進(jìn)行疲勞分析，對齒輪箱整機(jī)及其零件的設(shè)計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析、動力學(xué)分析等。分析方法除一般推薦的設(shè)計計算方法外，可采用模擬主機(jī)運行條件下進(jìn)行零部件試驗的方法。
在方案設(shè)計之初必須進(jìn)行可靠性分析，而在施工設(shè)計完成后再次進(jìn)行詳細(xì)的可靠性分析計算，其中包括精心選取可靠性好的結(jié)構(gòu)和對重要的零部件以及整機(jī)進(jìn)行可靠性估算。 第三節(jié) 齒輪箱的構(gòu)造 一、齒輪箱的類型與特點風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來的齒輪箱；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級齒輪箱；按照轉(zhuǎn)動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等等。常用齒輪箱形式及其特點和應(yīng)用見表.20.1-1.（表20.1-1 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的主要類型和特點）。