1、風力發(fā)電機發(fā)電機組中的齒輪箱齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機發(fā)電機并使其得到相應的轉(zhuǎn)速。通常風輪的轉(zhuǎn)速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱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)機組的總體布置要求，有時將與風輪輪轂直接相連的傳動軸傳動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。為了增加機組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合葉尖制動或變漿距制動裝置共同對機組傳動系統(tǒng)進行聯(lián)合制動。由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，受無規(guī)律的變向變負荷的

2、風力作用以及強陣風的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴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，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機械性能外，還應該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應保證齒輪箱平穩(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。還要設置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進行遙控。不同形式的風力發(fā)電機組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結(jié)構也因此而異。在風電界水平軸風力發(fā)電機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，風力發(fā)電

3、受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導致風電機組發(fā)生故障，而狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，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)常常是機組中的齒輪箱。因此，加強對齒輪箱的研究，重視對其進行維護保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。第二節(jié)設計要求設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結(jié)構簡化并且重量最輕。通常應采用CAD優(yōu)化設計，排定最佳傳動方案，選用合理的設計參數(shù)，選擇穩(wěn)定可靠的構件和具有良好力學特性以及在環(huán)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，等等。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

4、風輪、發(fā)電機的特性和傳動軸傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機的外部工作條件。風力發(fā)電機組載荷譜是齒輪箱設計計算的基礎。載荷譜可通過實測得到，也可以按照JB/T10300標準計算確定。當按照實測載荷譜計算時，齒輪箱使用系數(shù)KA1。當無法得到載荷譜時，對于三葉片風力發(fā)電機組取KA=1.3。風力發(fā)電機組增速箱的設計參數(shù)，除另有規(guī)定外，常常采用優(yōu)化設計的方法，即利用計算機的分析計算，在滿足各種限制條件下求得最優(yōu)設計方案。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、風阻損失、其它機件阻尼等。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。風力發(fā)

5、電齒輪箱的專業(yè)標準要求齒輪箱的機械效率應大于97%，是指在標準條件下應達到的指標。風力發(fā)電增速箱的噪聲標準為85dB左右。噪聲主要來自各傳動件，故應采取相應降低噪聲的措施：1.適當提高齒輪精度，進行齒形修緣，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，將齒輪箱的機械振動控制在GB/T8543規(guī)定的C級之內(nèi)。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行疲勞分析，對齒輪箱整機及其零件的設計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進行極限強度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析、動力學分析等。分析方法除一般推薦的設計計算方法外，可采用模

6、擬主機運行條件下進行零部件試驗的方法。在方案設計之初必須進行可靠性分析，而在施工設計完成后再次進行詳細的可靠性分析計算，其中包括精心選取可靠性好的結(jié)構和對重要的零部件以及整機進行可靠性估算。第三節(jié)齒輪箱的構造一、齒輪箱的類型與特點風力發(fā)電機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。第四節(jié)齒輪箱的主要零部件箱體結(jié)構箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力，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

7、。箱體的設計應按照風電機組動力傳動的布局安排、加工和裝配條件、便于檢查和維護等要求來進行。應注意軸承支承和機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)構和壁厚，增設必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。箱體的應力情況十分復雜且分布不勻，只有采用現(xiàn)代計算方法，如有限元、斷裂力學等方法輔以摸擬實際工況的光彈實驗，才能較為準確地計算出應力分布的狀況。利用計算機輔助設計，可以獲得與實際應力十分接近的結(jié)果。采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點，適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵。用鋁合金或其他輕合金制造的箱體，可使其重量較鑄鐵輕20%30%，但從另

8、一角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著。這是因為輕合金鑄件的彈性摸量較小，為了提高剛性，設計時常須加大箱體受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承座套，相應部位的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風電機組尚用鋁合金箱體外，大型風力發(fā)電齒輪箱應用輕鋁合金鑄件箱體已不多見。單件、小批生產(chǎn)時，常采用焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減小機械加工過程和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應進行退火、時效處理，以消除內(nèi)應力。為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應設有觀察窗。機座旁一般設有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱用。箱體支座的凸緣應具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的

9、耳孔和搖臂支座孔的結(jié)構，其支承剛度要作仔細的核算。為了減小齒輪箱傳到機艙機座的振動，齒輪箱可安裝在彈性減振器上。最簡單的彈性減振器是用高強度橡膠和鋼墊做成的彈性支座塊，合理使用也能取得較好的結(jié)果。箱蓋上還應設有透氣罩、油標或油位指示器。在相應部位設有注油器和放油孔。放油孔周圍應留有足夠的放油空間。采用強制潤滑和冷卻的齒輪箱，在箱體的合適部位設置進出油口和相關的液壓件的安裝位置。齒輪和軸的結(jié)構風力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復雜，要求所用的材料除了要滿足機械強度條件外，還應滿足極端溫差條件下所具有的材料特性，如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩(wěn)定性等等。對齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動

10、力的作用而要求極為嚴格的選材和結(jié)構設計，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構或焊接結(jié)構，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。為了提高承載能力，齒輪、軸一般都采用合金鋼制造。外齒輪推薦采用20、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、176、17Cr2Ni2MoA等材料。內(nèi)齒圈和軸類零件推薦采用42、34Cr2Ni2MoA等材料。采用鍛造方法制取毛坯，可獲得良好的鍛造組織纖維和相應的力學特征。合理的預熱處理以及中間和最終熱處理工藝，保證了材料的綜合機械性能達到設計要求。齒

11、輪箱內(nèi)用作主傳動的齒輪精度，外齒輪不低于5級GB/T10095，內(nèi)齒輪不低于6級GB/T10095。通常采用最終熱處理的方法是滲碳淬火，齒表面硬度達到HRC60+/-2，具有良好的抗磨損接觸強度，輪齒心部則具有相對較低的硬度和較好的韌性，能提高抗彎曲強度，而通常對齒部的最終加工是采用磨齒工藝。加工人字齒的時候，如是整體結(jié)構，半人字齒輪之間應有退刀槽；如是拼裝人字齒輪，則分別將兩半齒輪按普通圓柱齒輪加工，最后用工裝將兩者準確對齒，再通過過盈配合套裝在軸上。齒輪加工中，規(guī)定好加工的工藝基準非常重要。軸齒輪加工時，常用頂尖頂緊兩軸端中心孔安裝在機床上。圓柱齒輪則利用其內(nèi)孔和一個端面作為工藝基準，用夾

12、具或通過校準在機床上定位。在一對齒輪副中，小齒輪的齒寬比大齒輪略大一些，這主要是為了補償軸向尺寸變動和便于安裝。為減小軸偏斜和傳動中彈性變形引起載荷不均勻的影響，應在齒形加工時對輪齒作修形處理。平鍵聯(lián)接常用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接通常這種聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定?；ㄦI聯(lián)接承載能力高，對中性好，但制造成本高，需用專用刀具加工。過盈配合聯(lián)接過盈配合聯(lián)接能使軸和齒輪具有最好的對中性，特別是在經(jīng)常出現(xiàn)沖擊載荷情況下，這種聯(lián)接能可靠地工作，在風力發(fā)電齒輪箱中得到廣泛的應用。利用零件間的過盈配合形成的聯(lián)接，其配合表面為圓柱面或圓錐面。圓錐面過盈聯(lián)接多用于載荷較大

13、，需多次裝拆的場合。 凌源資訊脹緊套聯(lián)接利用軸、孔與錐形彈性套之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力來傳遞動力，是一種無鍵聯(lián)接方式，定心性好，裝拆方便，承載能力高，能沿周向和軸向調(diào)節(jié)軸與輪轂的相對位置，且具有安全保護作用。國家標準GB5867-86對其所推薦的四種脹緊套的結(jié)構形式和基本尺寸作了詳細的規(guī)定。齒輪箱中的軸按其主動和被動關系可分為主動軸、從動軸和中間軸。首級主動軸和末級從動軸的外伸部分用于安裝半聯(lián)軸器，與風輪輪轂或電機傳動軸相連。為了提高可靠性和減小外形尺寸，有時將半聯(lián)軸器冷卻，防銹，抗腐蝕。不同類型的傳動有不同的要求。風力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪傳動類型，其主要的失效形式是膠合與點蝕，故在選擇潤滑

14、油時，重點是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強度。因為在較大的溫差下工作，要求粘度指數(shù)相對較高。為提高齒輪的承載能力和抗沖擊能力，適當?shù)靥砑右恍O壓添加劑也有必要，但添加劑有一些副作用，在選擇時必須慎重。齒輪箱制造廠一般根據(jù)自己的經(jīng)驗或?qū)嶒炑芯客扑]各種不同的潤滑油，例如632，630或L-CKC320，L-CKC220GB5903-95齒輪油就是根據(jù)齒面接觸應力和使用環(huán)境條件選用的。在齒輪箱運行期間，要定期檢查運行狀況，看看運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)；有無振動或異常噪音；各處連接和管路有無滲漏，接頭有無松動；油溫是否正常。定期更換潤滑油，第一次換油應在首次投入運行500小時后進行，以后的換油周期為每運行5，00

15、0-10，000小時。在運行過程中也要注意箱體內(nèi)油質(zhì)的變化情況，定期取樣化驗，若油質(zhì)發(fā)生變化，氧化生成物過多并超過一定比例時，就應及時更換。齒輪箱應每半年檢修一次，備件應按照正規(guī)圖紙制造，更換新備件后的齒輪箱，其齒輪嚙合情況應符合技術條件的規(guī)定，并經(jīng)過試運轉(zhuǎn)與負荷試驗后再正式使用。第六節(jié)齒輪箱常見故障及預防措施齒輪箱的常見故障有齒輪損傷、軸承損壞、斷軸和滲漏油、油溫高等。齒輪損傷的影響因素很多，包括選材、設計計算、加工、熱處理、安裝調(diào)試、潤滑和使用維護等。常見的齒輪損傷有齒面損傷和輪齒折斷兩類。斷齒常由細微裂紋逐步擴展而成。根據(jù)裂紋擴展的情況和斷齒原因，斷齒可分為過載折斷、疲勞折斷以及隨機斷裂

16、等。過載折斷總是由于作用在輪齒上的應力超過其極限應力，導致裂紋迅速擴展，常見的原因有突然沖擊超載、軸承損壞、軸彎曲或較大硬物擠入嚙合區(qū)等。斷齒斷口有呈放射狀花樣的裂紋擴展區(qū)，有時斷口處有平整的塑性變形，斷口副?？善春?。仔細檢查可看到材質(zhì)的缺陷，齒面精度太差，輪齒根部未作精細處理等。在設計中應采取必要的措施，充分考慮預防過載因素。安裝時防止箱體變形，防止硬質(zhì)異物進入箱體內(nèi)等等。疲勞折斷發(fā)生的根本原因是輪齒在過高的交變應力重復作用下，從危險截面的疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴展，使輪齒剩余截面上的應力超過其極限應力，造成瞬時折斷。在疲勞折斷的發(fā)源處，是貝狀紋擴展的出發(fā)點并向外輻射。產(chǎn)生的原因是設計載荷

17、估計不足，材料選用不當，齒輪精度過低，熱處理裂紋，磨削燒傷，齒根應力集中等等。故在設計時要充分考慮傳動的動載荷譜，優(yōu)選齒輪參數(shù)，正確選用材料和齒輪精度，充分保證加工精度消除應力集中集中因素等等。隨機斷裂的原因通常是材料缺陷，點蝕、剝落或其他應力集中造成的局部應力過大，或較大的硬質(zhì)異物落入嚙合區(qū)引起。齒面疲勞是在過大的接觸剪應力和應力循環(huán)次數(shù)作用下，輪齒表面或其表層下面產(chǎn)生疲勞裂紋并進一步擴展而造成的齒面損傷，其表現(xiàn)形式有早期點蝕、破壞性點蝕、齒面剝落、和表面壓碎等。特別是破壞性點蝕，常在齒輪嚙合線部位出現(xiàn)，并且不斷擴展，使齒面嚴重損傷，磨損加大，最終導致斷齒失效。正確進行齒輪強度設計，選擇好材

18、質(zhì)，保證熱處理質(zhì)量，選擇合適的精度配合，提高安裝精度，改善潤滑條件等，是解決齒面疲勞的根本措施。膠合是相嚙合齒面在嚙合處的邊界膜受到破壞，導致接觸齒面金屬融焊而撕落齒面上的金屬的現(xiàn)象，很可能是由于潤滑條件不好或有干涉引起，適當改善潤滑條件和及時排除干涉起因,調(diào)整傳動件的參數(shù)，清除局部載荷集中，可減輕或消除膠合現(xiàn)象。軸承是齒輪箱中最為重要的零件，其失效常常會引起齒輪箱災難性的破壞。軸承在運轉(zhuǎn)過程中，套圈與滾動體表面之間經(jīng)受交變負荷的反復作用，由于安裝、潤滑、維護等方面的原因，而產(chǎn)生點蝕、裂紋、表面剝落等缺陷，使軸承失效，從而使齒輪副和箱體產(chǎn)生損壞。據(jù)統(tǒng)計，在影響軸承失效的眾多因素中，屬于安裝方面

19、的原因占16%，屬于污染方面的原因也占16%，而屬于潤滑和疲勞方面的原因各占34%。使用中70%以上的軸承達不到預定壽命。因而，重視軸承的設計選型，充分保證潤滑條件，按照規(guī)范進行安裝調(diào)試，加強對軸承運轉(zhuǎn)的監(jiān)控是非常必要的。通常在齒輪箱上設置了軸承溫控報警點，對軸承異常高溫現(xiàn)象進行監(jiān)控，同一箱體上不同軸承之間的溫差一般也不超過15C，要隨時隨地檢查潤滑油的變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停機處理。斷軸也是齒輪箱常見的重大故障之一。究其原因是軸在制造中沒有消除應力集中因素，在過載或交變應力的作用下，超出了材料的疲勞極限所致。因而對軸上易產(chǎn)生的應力集中因素要給予高度重視，特別是在不同軸徑過渡區(qū)要有圓滑的圓弧連接，

20、此處的光潔度要求較高，也不允許有切削刀具刃尖的痕跡。設計時，軸的強度應足夠，軸上的鍵槽、花鍵等結(jié)構也不能過分降低軸的強度。保證相關零件的剛度，防止軸的變形，也是提高軸的可靠性的相應措施。齒輪箱油溫最高不應超過80C，不同軸承間的溫差不得超過15C。一般的齒輪箱都設置有冷卻器和加熱器，當油溫底于10C時，加熱器會自動對油池進行加熱；當油溫高于65C時，油路會自動進入冷卻器管路，經(jīng)冷卻降溫后再進入潤滑油路。如齒輪箱出現(xiàn)異常高溫現(xiàn)象，則要仔細觀察，判斷發(fā)生故障的原因。首先要檢查潤滑油供應是否充分，特別是在各主要潤滑點處，必須要有足夠的油液潤滑和冷卻。再次要檢查各傳動零部件有無卡滯現(xiàn)象。還要檢查機組的

21、振動情況，前后連接有否松動等等。第一節(jié)概述風力發(fā)電機發(fā)電機組中的齒輪箱齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機發(fā)電機并使其得到相應的轉(zhuǎn)速。通常風輪的轉(zhuǎn)速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱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)機組的總體布置要求，有時將與風輪輪轂直接相連的傳動軸傳動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。為了增加機組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合葉尖制動或變漿距制動裝置共同對機組傳動系統(tǒng)進行聯(lián)合制動。由于機組安裝在高山、荒野、

22、海灘、海島等風口處，受無規(guī)律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴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，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機械性能外，還應該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應保證齒輪箱平穩(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。還要設置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進行遙控。不同形式的風力發(fā)電機組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結(jié)構也因此而異。在風電界水平軸風力發(fā)電機組用固定平行軸齒輪傳動

23、和行星齒輪傳動最為常見。如前所述，風力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導致風電機組發(fā)生故障，而狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，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)常常是機組中的齒輪箱。因此，加強對齒輪箱的研究，重視對其進行維護保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。第二節(jié)設計要求設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結(jié)構簡化并且重量最輕。通常應采用CAD優(yōu)化設計，排定最佳傳動方案，選用合理的設計參數(shù)，選擇穩(wěn)定可靠的構件和具有良好力學特性以及在環(huán)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，等等。齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行

24、期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風輪、發(fā)電機的特性和傳動軸傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機的外部工作條件。風力發(fā)電機組載荷譜是齒輪箱設計計算的基礎。載荷譜可通過實測得到，也可以按照JB/T10300標準計算確定。當按照實測載荷譜計算時，齒輪箱使用系數(shù)KA1。當無法得到載荷譜時，對于三葉片風力發(fā)電機組取KA=1.3。風力發(fā)電機組增速箱的設計參數(shù)，除另有規(guī)定外，常常采用優(yōu)化設計的方法，即利用計算機的分析計算，在滿足各種限制條件下求得最優(yōu)設計方案。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、風阻損失、其它機件阻尼等

25、。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。風力發(fā)電齒輪箱的專業(yè)標準要求齒輪箱的機械效率應大于97%，是指在標準條件下應達到的指標。風力發(fā)電增速箱的噪聲標準為85dB左右。噪聲主要來自各傳動件，故應采取相應降低噪聲的措施：1.適當提高齒輪精度，進行齒形修緣，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，將齒輪箱的機械振動控制在GB/T8543規(guī)定的C級之內(nèi)。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行疲勞分析，對齒輪箱整機及其零件的設計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進行極限強度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析、動力學分析等。分

26、析方法除一般推薦的設計計算方法外，可采用模擬主機運行條件下進行零部件試驗的方法。在方案設計之初必須進行可靠性分析，而在施工設計完成后再次進行詳細的可靠性分析計算，其中包括精心選取可靠性好的結(jié)構和對重要的零部件以及整機進行可靠性估算。第三節(jié)齒輪箱的構造一、齒輪箱的類型與特點風力發(fā)電機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。第四節(jié)齒輪箱的主要零部件箱體結(jié)構箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的剛性去

27、承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質(zhì)量。箱體的設計應按照風電機組動力傳動的布局安排、加工和裝配條件、便于檢查和維護等要求來進行。應注意軸承支承和機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)構和壁厚，增設必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。箱體的應力情況十分復雜且分布不勻，只有采用現(xiàn)代計算方法，如有限元、斷裂力學等方法輔以摸擬實際工況的光彈實驗，才能較為準確地計算出應力分布的狀況。利用計算機輔助設計，可以獲得與實際應力十分接近的結(jié)果。采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點，適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵。用鋁合金或其他輕合金制造的箱

28、體，可使其重量較鑄鐵輕20%30%，但從另一角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著。這是因為輕合金鑄件的彈性摸量較小，為了提高剛性，設計時常須加大箱體受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承座套，相應部位的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風電機組尚用鋁合金箱體外，大型風力發(fā)電齒輪箱應用輕鋁合金鑄件箱體已不多見。單件、小批生產(chǎn)時，常采用焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減小機械加工過程和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應進行退火、時效處理，以消除內(nèi)應力。為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應設有觀察窗。機座旁一般設有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱用。箱體支座

29、的凸緣應具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的耳孔和搖臂支座孔的結(jié)構，其支承剛度要作仔細的核算。為了減小齒輪箱傳到機艙機座的振動，齒輪箱可安裝在彈性減振器上。最簡單的彈性減振器是用高強度橡膠和鋼墊做成的彈性支座塊，合理使用也能取得較好的結(jié)果。箱蓋上還應設有透氣罩、油標或油位指示器。在相應部位設有注油器和放油孔。放油孔周圍應留有足夠的放油空間。采用強制潤滑和冷卻的齒輪箱，在箱體的合適部位設置進出油口和相關的液壓件的安裝位置。齒輪和軸的結(jié)構風力發(fā)電機組運轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復雜，要求所用的材料除了要滿足機械強度條件外，還應滿足極端溫差條件下所具有的材料特性，如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩(wěn)定

30、性等等。對齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動力的作用而要求極為嚴格的選材和結(jié)構設計，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構或焊接結(jié)構，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。為了提高承載能力，齒輪、軸一般都采用合金鋼制造。外齒輪推薦采用20、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、176、17Cr2Ni2MoA等材料。內(nèi)齒圈和軸類零件推薦采用42、34Cr2Ni2MoA等材料。采用鍛造方法制取毛坯，可獲得良好的鍛造組織纖維和相應的力學特征。合理的預熱處理以及中間和最終熱處理工藝

31、，保證了材料的綜合機械性能達到設計要求。齒輪箱內(nèi)用作主傳動的齒輪精度，外齒輪不低于5級GB/T10095，內(nèi)齒輪不低于6級GB/T10095。通常采用最終熱處理的方法是滲碳淬火，齒表面硬度達到HRC60+/-2，具有良好的抗磨損接觸強度，輪齒心部則具有相對較低的硬度和較好的韌性，能提高抗彎曲強度，而通常對齒部的最終加工是采用磨齒工藝。加工人字齒的時候，如是整體結(jié)構，半人字齒輪之間應有退刀槽；如是拼裝人字齒輪，則分別將兩半齒輪按普通圓柱齒輪加工，最后用工裝將兩者準確對齒，再通過過盈配合套裝在軸上。齒輪加工中，規(guī)定好加工的工藝基準非常重要。軸齒輪加工時，常用頂尖頂緊兩軸端中心孔安裝在機床上。圓柱齒

32、輪則利用其內(nèi)孔和一個端面作為工藝基準，用夾具或通過校準在機床上定位。在一對齒輪副中，小齒輪的齒寬比大齒輪略大一些，這主要是為了補償軸向尺寸變動和便于安裝。為減小軸偏斜和傳動中彈性變形引起載荷不均勻的影響，應在齒形加工時對輪齒作修形處理。平鍵聯(lián)接常用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接通常這種聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定。花鍵聯(lián)接承載能力高，對中性好，但制造成本高，需用專用刀具加工。過盈配合聯(lián)接過盈配合聯(lián)接能使軸和齒輪具有最好的對中性，特別是在經(jīng)常出現(xiàn)沖擊載荷情況下，這種聯(lián)接能可靠地工作，在風力發(fā)電齒輪箱中得到廣泛的應用。利用零件間的過盈配合形成的聯(lián)接，其配合表面為圓

33、柱面或圓錐面。圓錐面過盈聯(lián)接多用于載荷較大，需多次裝拆的場合。脹緊套聯(lián)接利用軸、孔與錐形彈性套之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力來傳遞動力，是一種無鍵聯(lián)接方式，定心性好，裝拆方便，承載能力高，能沿周向和軸向調(diào)節(jié)軸與輪轂的相對位置，且具有安全保護作用。國家標準GB5867-86對其所推薦的四種脹緊套的結(jié)構形式和基本尺寸作了詳細的規(guī)定。齒輪箱中的軸按其主動和被動關系可分為主動軸、從動軸和中間軸。首級主動軸和末級從動軸的外伸部分用于安裝半聯(lián)軸器，與風輪輪轂或電機傳動軸相連。為了提高可靠性和減小外形尺寸，有時將半聯(lián)軸器冷卻，防銹，抗腐蝕。不同類型的傳動有不同的要求。風力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪傳動類型，其主要的失

34、效形式是膠合與點蝕，故在選擇潤滑油時，重點是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強度。因為在較大的溫差下工作，要求粘度指數(shù)相對較高。為提高齒輪的承載能力和抗沖擊能力，適當?shù)靥砑右恍O壓添加劑也有必要，但添加劑有一些副作用，在選擇時必須慎重。齒輪箱制造廠一般根據(jù)自己的經(jīng)驗或?qū)嶒炑芯客扑]各種不同的潤滑油，例如632，630或L-CKC320，L-CKC220GB5903-95齒輪油就是根據(jù)齒面接觸應力和使用環(huán)境條件選用的。在齒輪箱運行期間，要定期檢查運行狀況，看看運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)；有無振動或異常噪音；各處連接和管路有無滲漏，接頭有無松動；油溫是否正常。定期更換潤滑油，第一次換油應在首次投入運行500小時后進行

35、，以后的換油周期為每運行5，000-10，000小時。在運行過程中也要注意箱體內(nèi)油質(zhì)的變化情況，定期取樣化驗，若油質(zhì)發(fā)生變化，氧化生成物過多并超過一定比例時，就應及時更換。齒輪箱應每半年檢修一次，備件應按照正規(guī)圖紙制造，更換新備件后的齒輪箱，其齒輪嚙合情況應符合技術條件的規(guī)定，并經(jīng)過試運轉(zhuǎn)與負荷試驗后再正式使用。第六節(jié)齒輪箱常見故障及預防措施齒輪箱的常見故障有齒輪損傷、軸承損壞、斷軸和滲漏油、油溫高等。齒輪損傷的影響因素很多，包括選材、設計計算、加工、熱處理、安裝調(diào)試、潤滑和使用維護等。常見的齒輪損傷有齒面損傷和輪齒折斷兩類。斷齒常由細微裂紋逐步擴展而成。根據(jù)裂紋擴展的情況和斷齒原因，斷齒可分為過載折斷、疲勞折斷以及隨機斷裂等。過載折斷總是由于作用在輪齒上的應力超過其極限應力，導致裂紋迅速擴展，常見的原因有突然沖擊超載、軸承損壞、軸彎曲或較大硬物擠入嚙合區(qū)等。斷齒斷口有呈放射狀花樣的裂紋擴展區(qū)，有時斷口處有平整的塑性變形，斷口副?？善春?。