风力发电机组机械系统设计含10张CAD图
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摘 要风能源行业的快速增长推动了风能行业的发展。风力涡轮机系统是风力发电机主要的机械系统,变速箱是双功率风力涡轮机机械系统的主要组件。 风能吸引了国内外能源部门和研究机构的关注。但是,由于对在线变速箱的研究的起步较晚,特别是在当前的兆瓦级风力涡轮机中,这些技术容易出现过载,过早故障等故障,因此正在减弱。因此,直动式风力涡轮机具有在高风速下高效率和低噪音的优点。然而,在风能的发展中,直动式风力涡轮机变得越来越普遍。繁重的起重和高生产成本。在比较两者时,我们需要考虑如何提高传动效率,同时考虑到结构和经济问题,从而提高机械系统的传动效率。在对风力涡轮机的结构和原理进行深入了解和研究的基础上,本文独立开发了机械系统的齿轮系统。首先确定齿轮箱类型,选择行星齿轮和两速平行不变齿轮箱链,然后分配齿轮比,计算每个齿轮的齿轮数并计算接触力。关键词:风力发电机 齿轮增速箱 AbstractThe fast development of wind power industry helps to bring about booming of wind power equipment manufacturing business. Transmission system is the core of the wind turbine system and gear box, concerned by the wind power industry and research institutions at home and abroad, is the core component of doubly-fed wind turbine transmission system. But as a result of the research of domestic gear box started late and technology is weak, especially in the megawatt wind turbine, it belongs to easy to overload and high rates of premature failure parts and is easy to out of order. And at the same time, direct drive wind turbines is with the advantages of high efficiency and low noise when low wind speed, but direct drive wind power generator in more and more large-scale development today, low-speed generator is too large to transport and hoist and the manufacturing cost is higher. After compared with them, considering the structure and the economic problems, we are going to have to rethink how to improve the transmission efficiency of gear box, so as to improve the transmission efficiency of transmission system.On the basis of deep understanding the structure and principle of wind turbine, i have been doing an independent design about gear growth system of wind turbine transmission system and it is presented in this paper.Firstly, determine the transmission type of the gear box, select level of planets and two level parallel fixed axle transmission scheme, distribute transmission ratio, through calculation, determine the gear teeth, and contact strength check, the result is in conformity with the safety requirements.Keyword: wind driven generator step-up gear box 目 录绪 论1第一章 风力发电研究的意义21.1 风力发电发展的过程、现状及趋势21.2 本文研究的主要内容4第二章 风力发电机组的组成和驱动结构型式52.1 概述52.2 风力发电机组的组成与结构62.3 风力发电机的结构型式92.3.1 直驱型风力发电机92.3.2 双馈型风力发电机102.3.3 直驱型风力发电机和双馈型风力发电机的特性比较10第三章 风力发电机组机械系统设计123.1 机械系统的结构123.2 风力发电机机械系统布置型式及其特点比较123.3 增速齿轮箱机械系统的典型结构型式及分析143.4 增速齿轮箱机械系统设计153.4.1 设计的主要内容163.4.2 齿轮增速机械系统设计123.4.3 箱 体293.4.4 齿轮箱的冷却和润滑29总 结30参考文献31致 谢32键入章标题I绪 论风能源是一种可再生的自然资源,也是一种转换太阳能的方式。相反,它是指由于大气中压力的不均匀分布而导致的地球表面不均匀加热,这会由于太阳辐射而导致空气偏转。动能。据统计,地球上的理论风能储备约为2.741015MW,可开发利用的风能为2109MW,是陆地水电的10倍。风能的能量是人类长期使用的能量之一。 风的能源使用主要包括风力发电,风帆助航,风力提水,风力致热等。人类使用风能已有数千年的历史了,也是人类利用比较早的绿色能源,从风动提水车,帆船到风扇动力,直到今日的广泛使用。在12世纪,风车从中东传入欧洲。十字军东征把风车的概念和设计带到了欧洲,并且在很短的时间内,风能和水力发电成为中世纪英格兰的主要机械能来源。如今,风车被荷兰人视为国宝,许多保存在北部的荷兰风车见证了人类文明。 没有风车,就不可能在美国,阿根廷和澳大利亚的许多地区放牧。19世纪末,丹麦人首先开发了风力涡轮机。 1891年,丹麦建造了世界上第一个风电场。 1973年石油危机之后,风能进入了强劲发展时期,世界各地建立了许多大中型风电场。 同时,气候变化正在推动风能技术的长期升温。 到21世纪中叶,风能有望成为世界能源供应的支柱之一,也是人类社会可持续发展的主要能源1。右边距2.2cm第一章 风力发电研究的意义从我国的角度来看。由于人口的增长,最终结果是资源匮乏已成为中国发展的主要问题,生态环境薄弱,可利用资源不足。从全球角度看,作为可再生能源的风能对全球环境具有重大影响:全球石油和煤炭储量稳步下降,而石油和煤炭燃烧稳步下降。对环境保护有积极作用,并增加了能源供应。在这种情况下,风能的使用引起了很多关注。 但是,中国大多数风力涡轮机具有从国外进口的所有设备。 仅仅依靠进口风力发电机并不是中国大规模,可持续发展风能的主要途径。 通过在国外引进先进技术,我们可以保证我们不会面临100年计划,但是将面临资源匮乏和环境污染的威胁。 因此,开发具有自主知识产权的风力发电机非常重要。简而言之,风能技术的发展对于减少能源危机,保护环境和发展国家经济具有重要意义。1.1 风力发电发展的过程、现状及趋势风能的早期能源生产是从1887年冬季到1888年冬季和1930年代初期。 这主要归功于美国人Brush建造风力机,该风力机被认为是现代人的第一次自动操作,用于发电。 1891年,丹麦教授拉库尔(LaCour)使用成功且流行的电池充电和能源设计和建造了世界上第一个风能测试站。 如图1所示,1897年,拉查德斯教授发明了一种带小叶片的快速旋转风力涡轮机,与低速风力涡轮机相比,其发电效率更高。 图片中。 低功率风力涡轮机技术已经取得了一些进展,并且得到了广泛的应用。 图1.1 四叶片直流风力发电 图1.2 Gedser 风力发电机例如,丹麦对风力涡轮机的集成进行了深入研究,并取得了许多成果。 1942年,丹麦F.L.Smidth在Bobo岛上建造了一个两叶和三叶风扇,这与以前一样产生了直流电。约翰内斯朱尔斯(Johannes Juuls)从1956年到1957年建造了新的200kW盖特风力涡轮机SEAS Power,安装在丹麦南部盖瑟(Gaiser)岸上。三菱高空机电风轮机和异步发电机风轮机是现代风轮机设计的领导者。风力涡轮机是由挡块驱动的风力涡轮机。 Johannes Juul发明了紧急气动刀式制动器,当风力涡轮机过塑时,它会从离心力中释放出来。它主要使用与现代风力涡轮机相同的系统。多年来,这台风力涡轮机是世界上最大的,它已经运行了11年。随着国际社会能源短缺的加剧,环境问题变得更加严重,风能受到高度重视。在过去的二十年中,风能技术得到了发展,其应用也得到了扩展。其中,最快的是中国的增长率,保持100的增长率。同年,增加了1400万公千瓦,自2008年以来增加了760万千瓦,比上年增加了120; 根据全球风能理事会的统计,截至2010年12月,2010年全球总用电量为3850万千瓦,平均规模为1944万千瓦, 占22.5(1.587亿千瓦时)。 自2009年以来有所增加。2010年,风能和能源价值增加了约473亿欧元(650亿美元)。根据2010年风能开发的统计,欧洲,亚洲和美国是世界前三名。 截至2010年底,其发电量为8756万千瓦,5828万千瓦和4699万千瓦。 在欧洲走在前列的同时,亚洲和美国的风叶也在旋转,中国的新风能高于很多其他国家。业内人士预测,到2010年,三大风电场的生产能力将基本持平。中国以4027万千瓦在美国前列排名第一,德国以2736万千瓦排名第三,西班牙和印度排名第四, 第五,总发电量分别为2003万千瓦和1297万千瓦。 排名前10位的地区是法国(596万千瓦),英国(568万千瓦),意大利(579万千瓦),加拿大(401万千瓦)和葡萄牙(383万千瓦)有关更多信息,请参见图1.3 。 图1.3各国风力发电机发电总量2010年安装了风能的十个国家简而言之,由于各国的小规模政策和科学技术的不断发展,世界的风能发电量增长迅速,发展潜力巨大。未来几年,全球风能的发展趋势可能如下:(1)风能的力量从陆地延伸到海洋。(2)随着容量的进一步增加,5 MW自走式风机已经开始商业运行。(3)从技术角度看,随着不断发展,风力涡轮机正在逐步形成水平轴,三个叶片,上边缘和管塔的整体视图。随着技术的不断发展,风力发电技术在世界范围内发展迅速,主要包括:1)可变功率调整方法迅速改变了固定功率调整方法。2)可变速率恒定频率方法迅速改变了固定速率恒定频率方法。3)固定系统的简单系统的增长方法。(4)风力发电机更加个性化。(5)从事风能生产的集团不断扩大。1.2 本文研究的主要内容根据变速箱的有无。当前,风能技术和设备的发展主要没有大规模,变速,变面积和变速箱的发展。由于极对数少,因此双功率风力涡轮机具有简单的结构和小的尺寸。然而,由于需要齿轮箱,因此机械系统的设计有些复杂,并且齿轮箱的设计,操作和维护也很复杂并且会失败。但是,直接驱动单元有许多极对,并且稍大一些。结构更大更复杂。因此,在比较优点和缺点的基础上,本文利用优点和缺点来优化机械系统,即两速变速箱设计,从而加快了两个鼓风机的速度,机械,直接驱动可以具有非常高的传动效率。第二章 风力发电机组的组成和驱动结构型式2.1 概述风力涡轮机的主要要求是在风电场中的空气和环境条件下长期安全传输,并以低成本确保最大的年度能源生产。 图2.1是风力发电厂的示意图。 如图所示,空气系统直接安装在机舱底部。图2.1 风力发电设备示意在形成风力涡轮机的主要组件时,机头的中心(机舱和风轮)与塔架的中心重合,并且必须调整所有喷嘴底部与塔架的连接,以承受动态载荷和疲劳的影响。机舱盖是由玻璃纤维和环氧树脂制成的。它具有成本低,重量轻和强度高的特性。它可以防止雨水,湿气和盐雾,风沙侵蚀。图2.2显示了具有高速,三叶片,水平和变速齿轮箱的大型兆瓦级风电场的结构。风力涡轮机旋转产生的能量通过集中器,主叉,变速箱的高速支路和挠性连接传递到发电机。使用变速箱的原因是将挡风玻璃的低速,高压能量转换成发电机中使用的高速,低能耗能量,以便可以使用小型常规发动机发电。如果不使用变速箱,则只能使用风速极低的多用途发电机,发电机转子的质量与扭矩成正比。这样的发电机将非常大。直驱式风力涡轮机带有变速箱。如图2.3所示。在图中,风力涡轮机直接生成称为减速器风力涡轮机的发电机。 图2.2 风电机组的结构图 图2.3 直驱式风力发电机结构2.2 风力发电机组的组成与结构 如图2.1所示, 在图中,风力涡轮机由包括风力涡轮机,电气系统,液压技术,液压系统,系统控制,调节器,维护和安全控制,机房,塔架和基座。 机器移动机器以寻找风,然后通过增加设备的速度来增加设备的速度,然后将机器转换为电能,然后 将风能转化为电能。 流速如图2.4所示。机械系统械系统机械系统机械系统机械系统机械系统机械系统机械系统风力发电风轮 风 轮 地方 啊发沙发安顺发风能 机械能 机械能 电能 风轮图2.4 风力发电机的工作过程1风轮风力涡轮机是一种采用风能作为动力的涡轮机。 Windel轮通常由2到3刀和一个中心组成。 主要任务是将风能转换为机械能。 传统的风力涡轮机在美学上更加令人愉悦。刀用于转换风能并将空气的动能转换为叶轮循环的机械能。 放大器的旋转是由叶片中风的形成引起的。图2.5 轮 毂中心是风轮中心与叶片根部和主分支之间的连接。刀发出的所有力都通过中心传递到机械系统,然后传递到风力涡轮机移动的物体。同时,刀片叶片还具有一个控制点(刀片旋转)。2.计算机系统放大器产生的机械能通过花边机械系统传递到发电机。为了安全起见,风力涡轮机机械系统通常包括低速叉,高速叉,齿轮箱,连接器,制动器和过载装置。变速箱用于将发动机转速从20r / min提高到50r / min,从1000r / min提高到1500r / min。变速箱有两种类型:平行轴型和行星型。但是,某些风力涡轮机的中心不需要直接和变速箱直接连接的低速传动分支。一些风力涡轮机(特别是小型风力涡轮机)被设计成没有齿轮,并且该风力涡轮机直接连接至发电机。机械系统必须根据输出功率和最大扭矩负载进行设计。 3.吸线系统(送风系统)systemol系统具有两个主要功能:第一,风力涡轮机协同工作以使风力涡轮机的风轮始终保持在风向,以充分利用风能并提高风力涡轮机的能效。第二是提供必要的扭矩,以确保风力涡轮机的安全运行。船舶系统的工作原理:风区用作传感器元件,并且对于每个风向都有相应的脉冲输出信号。旋转方向和旋转角度由PTO系统软件确定。当压在轭架上时,风区通过脉冲信号传递风向的变化。在方向盘处理器中,在比较并处理了转向系统配置软件后,将按顺时针或逆时针方向订购转向电机。为了在转矩方向上减小陀螺仪,风扇速度将通过同轴耦合的减速器进行。加速后,扭矩施加到旋转壳体的大齿轮上,这使风轮沿风向运动。完成时,风叶失去电信号,发动机停止工作,转向过程结束。4.液压系统和制动系统的主要功能是将气缸泵送至气缸系统或液压和伺服控制。 电气技术,粉末油,燃料油,过滤器,管道和其他液压涂料。 制动系统在气动和制动之间产生了巨大差异。5.交流发电机是将发动机的机械动能转换为电能的组件。高速减速器分支和交流发电机分支通过挠性连接连接,交流发电机通过四个橡胶减震器连接到钉子底盘。该装置可以有效地减小发电机的尺寸。即使负载很低,风力涡轮机也需要高效率,因为风力涡轮机通常以低风速运行。风力发电系统包括发电机,变流器,水循环设备(水泵,水箱)或空调设备。最常见的发电机包括异步发电机和同步发电机。6.管理体系该控制系统使用微处理器,逻辑软件控制器或芯片微型计算机,通过在运行期间收集,传输和分析输入信号来控制风力涡轮机的速度和功率。自动调整以重置或返回安全模式。其主要功能是自动监视风力涡轮机的运行,根据其特性自动检测故障,并根据情况采取适当的措施。这主要包括监视和检测。根据风力涡轮机的设计和条件以及负载条件,风力条件,变速参数和其他外部条件,该组的工作主要分为以下几类:待机模式,发电模式,强风停机模式,故障停机模式,手动停机模式。7机房的位置必须符合以下原则:(1)操作维护方便。(2)对功能效率的要求很高。(3)尝试保持镍的静态平衡,以使鼻的重心在机舱的对称平面内,以使其不偏离塔架和风轮之间的塔架轴线。这对于分配器的设计和机舱的携带非常方便,并且在舵机上承受相同的负载也很有用。图2.6 机舱布置图1轮毂2增速3机舱罩4联轴器5电控系统6发电机7冷却器 8泵站9偏航驱动 10偏航制动 11偏航轴承 12底座 13弹性底座 14叶片8塔架与基础塔架是一个支撑风力涡轮机,发电机和其他组件以及塔架和风力涡轮机运行期间的风压和动态风力涡轮机负荷的架子。 塔架不仅应具有一定的高度,以使风力涡轮机保持在更舒适的位置(以及当前的低冲击高度),而且还应具有足够的疲劳强度,以承受起步和停车之类的风胎轮胎。 周期性影响,强烈变化,塔影等风力涡轮机的底部通常是钢筋混凝土结构,并根据当地的地质情况以不同的方式进行设计。 中心是预先定义的,主要组件安装在塔中以吸引风力涡轮机,并且建筑物周围安装了带有防雷装置的地面系统。2.3 风力发电机的结构型式根据具有或不具有减速的机械系统的分类,风力涡轮机分为直动式风力涡轮机和双重式风力涡轮机。下面的直接推进式和双功率风力涡轮机的性能特征主要取决于是否使用双馈式变速箱。双馈变速恒频技术的主要特征是使用风力涡轮机的变速运行。机械系统提高了变速箱的速度,并使用了双馈异步发电机网络连接,而直接比例变速永磁技术则主要用于连接发电机。它通过同步电动机和全功率变频器连接到网络。直接推进技术的主要特征是它提高了可靠性和效率。两者之间还有一个半直接的动作。2.3.1 直驱型风力发电机它也被称为风力涡轮机,移动机器风力涡轮机。交流发电机直接将简单的蓝筹技术应用到适配器上,从而消除了常见的传输问题。因为山地卡车可以分担兆瓦特,空谷和空地的重量和损坏,所以需要更长的时间,劳动力和更少的空间。而且有风速非常快,费用等许多好处。速度控制电动机(DDVSCF)电动机控制系统的齿轮箱如图2.7所示。从胶盒中取出的卷轴垂直于触摸机。 风力强制前三次将电流转换为不同的模式运动,然后实时进行调整,然后在逆变器中进行第三次转换,这次随着凝聚力的增加和与解离的关系会更规范化。使用高速电动机,可以驱动系统的功率和反应性,以实现最高质量的效率和使用风能更快的反应性的技术。与两种类型的技术系统相比,先进的数字技术的优点是:(1)减少了移动性,提高了本地风速的可靠性,加快了电速并进行了升级; (2)减少机器的扭矩分配,降低涡轮噪声,提高发动机整体性能;弱点是:(1)为了提高能量吸收,主机的磁极尺寸超过100块,电机的形状非常复杂,并且与整个机器数字化操控;可能很难导航; (2)用于低速高咔嗒声直接发电的发电机。引擎设计很复杂,有很多部位,很多零件组成。图2.7 直接驱动式风力发电系统框图42.3.2 双馈型风力发电机 双馈型风力发电机也称为交流励磁发电机。 在双馈风力涡轮机中,必须将齿轮箱连接在风轮和发电机之间,以将风轮的速度与发电机的速度进行比较,这将增加设备的总成本; 传输非常嘈杂; 高速运转,定期维护,增加机械损坏; 设备中使用的双转换器的结构且操作复杂; 在刷子和滑环之间还有一个机械服装。双驱动风力涡轮机之一是使用多速齿轮箱来驱动双馈异步发电机。 交流发电机具有高速度,低扭矩,低重量,小尺寸和低功率的优点,但是在变速箱的操作和维护中损失了明显的机械特性。双功率感应发电机组是具有两个定子和转子绕组的双异步发电机(DFIG)。 定子通过电网连接到电网,转子通过电源开关连接到电源,如图2.8所示。 在图中。在两种风力发电方案下,采用交流励磁进行风力发电可实现以下优异的性能。 因此,速度就是最大的能量消耗,依此可进行改进。(1)可以从角度进行调整,并且可以改善发电机组的电气性能。(2)管理本发明的能量和重复功能,以便可以调节机器制作的协调和性能。它不仅可以改善功率计的电源,不仅可以满足电源中电抗器的需求,而且可以提高电厂的静态和动态性能。(3)由于使用了交流透镜,因此仪器和电源可以建立“适当”的连接,也就是说,可以以主帆的形式调节新的状况,机器的性能和速度,以及效果的影响可以通过调整来调整。(4)由于电源被引入到转子电路中,所以转子电路中的电力流变成由仪器的速度确定的运动,并且它只是计算出的力量的一部分,极大地减少了计算。转换器的功率降低了逆变器的价值。图2.8 双馈式变速恒频风力发电系统结构框图42.3.3 直驱型风力发电机和双馈型风力发电机的特性比较两速风力涡轮机使用多速齿轮箱来驱动双功率异步发电机。 它的替代品具有高速,低扭矩,重量轻,体积小和低扭矩的优点,但是变速器具有较高的运行和维护成本以及机械损耗。直动式风力涡轮机破坏了动力链中的驱动器,将风轮直接连接至低速同步发电机,并使用变流器完全修改了电网,以减少机械故障和维护成本。 风力效率提高了效率和可靠性,但发动机又大又昂贵。表2-1 直驱式和双馈式风力发电机的特性较机型和特性励磁双馈型风力发电机组永磁直驱风力发电机组系统维护成本较高(齿轮箱故障多)低系统价格中高系统效率较高高变流其容量全功率的1/3全功率变流变流系统稳定性中高电机滑环半年换碳刷,两年换滑环无碳刷,滑环电机重量轻重电机种类励磁永磁,设计时要考虑永磁体退磁问题简而言之,与直接驱动类型相比,双馈具有以下功能:永磁直驱风力发电机可靠性高,易于操作维护。电网运行质量明显提高。随着技术和经济条件的发展,带有永磁涡轮的风力涡轮机有望成为流行的风能产品。如今,得益于双馈风力涡轮机的先进技术,更多的制造商,更多的选择者以及丰富的工作经验,它已成为发展风电场的主要方式。直驱式风力涡轮机技术尚未充分开发,本地制造商很少,某些型号仍处于设计和开发阶段,操作空间更小。大型兆瓦级直动式风力发电机需要在结构,材料和工艺方面进行更多研究。第三章 风力发电机组机械系统设计3.1 机械系统的结构 风力发电机的机械系统属于风轮所承受的所有空气动力的机械传递,风能系统由主轮,变速箱,连接器,制动器和过度的安全设备组成。 风力涡轮机的主要机械系统具有不同的配置,因此结构也具有不同的特性。 轴结构主要与所用发电机的类型有关。 变速箱目前用于加速双功率风力涡轮机。图3.1 带增速齿轮箱的风电机组机械系统示意图53.2 风力发电机机械系统布置型式及其特点比较传统的风力发电机采用齿轮增速装置,按主轴轴承的支撑方式风力发电机组传动形式分为“两点式”、“三点式”、“一点式”和“内置式”四种,具体见表3-1。表3-1 四种布置方式的比较特性分布方式概念比较优点缺点两 点 式主轴用两个轴承座支撑,其中靠近轮毂的轴承作为固定端,另一个轴承作为浮动端,让主轴及其轴承承受风轮的大部分载荷,减少风轮载荷突变对齿轮箱的影响稳定性最好轴系较长,增大了机舱的体积和重量机组功率越大,随着主轴直径和长度的增大,机舱布置和吊装难度也随之增大三 点 式该种方式实际上是在“两点式”的基础上省去了一个主轴的轴承,由主轴前端轴承和齿轮向两侧的支架组成缩短轴向尺寸简化了结构对齿轮箱的承载能力要求高噪声大一 点 式该种布置不需主轴,风轮法兰直接通过一个大轴承支撑在机架上齿轮箱的输入轴不会因弯曲力矩而变形不需主轴,齿轮箱箱体和机舱支架做成一体传动装置紧凑传动链的前轴承、齿轮箱和箱架合的机架结构设计难度加大对零件的强度和性能的要求较高内 置 式该种布置是将主轴、主轴承与齿轮相集成在一起,主轴内置于齿轮箱内,主轴与第一级行星轮采用花键或过盈连接,风轮载荷通过箱体传到主轴机架上结构紧凑风轮与主轴装配方便齿轮箱内齿轮采用集中强制润滑,润滑效果好 现场安装、维护工作量小齿轮箱外形尺寸和重量大制造成本相对较高风轮载荷直接作用在齿轮箱箱体上,度齿轮和轴承的运转影响较大3.3 增速齿轮箱机械系统的典型结构型式及分析有不同类型的带有风力涡轮机的变速箱。传统上,它可以分为圆柱齿轮箱,行星齿轮箱和集成齿轮箱。根据各种变速箱技术,它分为单个变速箱和多速变速箱。它分为放大形式,分割形式和同轴形式,以及混合形式。近年来,风力涡轮机已经发展到兆瓦级,随后引入了兆瓦级风力涡轮机减速器。1.单级行星齿轮和二速并联插头箱简要解释了一级行星齿轮箱和两速平行齿轮箱的传动原理:行星齿轮架将风轮的动力传递至行星齿轮(通常为三个齿轮),然后通过中央太阳轮传递至平行分支,齿轮。两速并行插头盒是高速插头。图3.2。该图显示了电源线以及变速箱和变速箱的结构。变速箱的主要分支和变速箱(行星齿轮箱)连接至膨胀套筒,易于安装和拆卸,从而确保了良好的调节并降低了应力集中。 在行星齿阶段,浮动太阳能系统通常用于负载分担。 该装置广泛用于12MW机组。图3.2 一级行星和两级平行轴齿轮传动齿轮箱2两级行星齿轮和一级平行轴齿轮传动两速行星齿轮和单速平行齿轮箱可以通过提高两速行星齿轮速度来实现更高的速度,尽管实际上它可以将单速平行机舱添加到两星排外侧的中心位置,从而保持中心位置。 用于通过中心孔进入。 电源线和电源线如图3.3所示。 该图显示了加速器的示意图和结构。图3.3 两级行星和一级平行轴齿轮传动箱齿轮3内啮合齿轮分流定轴传动内齿轮轴是固定叉,第一步是固定第一齿轮箱和两速平行齿轮传动结构,行星齿轮位置也变成固定分支,内环是齿轮,动力通常是三齿。三个大齿轮自动组合,然后成为重心轮,重心通过平行齿轮传递到最后一级。这种类型的传动装置也用于分配半直接牵引装置。齿圈引入的力分布在多个齿轮上,然后一系列平行齿轮通过几个大的同轴齿轮,这些行星齿轮与用作齿圈的行星齿轮架相同,并且行星齿轮是自由的。成为一个确定的轴。由于该设备没有旋转齿,因此调整油脂链很有用。另外,从结构的角度来看,每个部件可以分开拆卸,这有利于机舱的维护。 握住差速器差分传输的方法可以从图3.4中了解。 如图所示,在结构设计中,传递和连接差速器和行星齿轮的方法可以增加行星齿轮的数量,并且假设柔性行星分支更加均匀,并用于更高功率的情况。 该图像显示了从行星架发送的能量的一部分通过行星齿轮的左侧传递到太阳系,而另一部分则通过平板的载环传递到太阳光。 变速箱的功能是合并和消除力的两个部分,最后一级通过平行齿轮传输。 图3.4 内啮合齿轮分流定轴传动3.4 增速齿轮箱机械系统设计随着风力发电技术的发展,风力涡轮机发展迅速。 由于风能的能量通常分布在极地地区和较为广阔的平原地区,因此,风电场的位置应基于风能的分布。 因此,在给定风力涡轮机的设计,传输效率,维护和修理的情况下,不应延迟风力涡轮机的可靠性。 如第2章所述,根据是否存在减速器,现代风力涡轮机的结构可分为齿轮风力涡轮机,直接运动风力涡轮机和半直接驱动风力涡轮机。从这些特征可以看出,虽然直动式风力发电机具有简化的结构结构,但随着现代风力发电机容量的增加的增加,以及高速发电机,高速发电机和高速运输的速度的增加的增加。 机构的尺寸和重量以及降低成本的方法, 使用正确的齿轮速度或使用能量分配方法是解决此问题的想法之一。3.4.1 设计的主要内容与其他工业齿轮箱相比,由于挡风玻璃齿轮箱安装在离地面数十米或100米以上的高机舱内,因此其尺寸和重量对于机舱,塔架,地基,建筑,安装和维护至关重要。 成本非常重要,同时由于维护的不便和高昂的维护成本,齿轮箱通常设计使用寿命为20年,对可靠性的要求也很高。 因此,整个设计过程必须满足可靠性和使用寿命的要求,并以最小的体积和最小的重量比较和优化传动方案。 结构的设计必须符合承载能力和空间限制,并且必须考虑到结构, 效率,可靠的操作和方便的维护。由于叶片尖端的线速度不能太高,齿轮箱的预期输入速度将随着其单独功率的增加而逐渐降低,并且指定的兆瓦或更高功率的速度通常不会超过20r / min。另一方面,发电机的近似速度通常为1500或1800r / min,因此增加高风能速度的齿轮比通常为75-100。为了减小齿轮箱的尺寸,它使用风速大于500kW的正态分布行星齿轮箱。 500kW1000kW的一般结构有两种类型的主行星和两个平行分支,以及次级行星和主平行轴传递。兆瓦级齿轮箱主要接受单级行星结构和两级并联分支传动。由于行星齿轮的扩散结构有些复杂,并且内圈无法进行大规模的维修,因此成本非常高。尽管使用了两级平行轴齿轮,但是一级行星齿轮是最常见的6。变速箱变速模式与行星变速箱系统结合作为参考变速箱方案一起开发,在指定分支中使用变速箱的设计方法已预先装配有刮水器。 并设计,检验和CAD图纸。行星齿轮将根据一些有关齿轮编号和齿轮计算的书籍(例如“机械原理”和“机械设计指南”以及分支计算)进行操作。 基本设计参数如表3-2所示。 表3-2 齿轮箱设计的重要参数输入功率0.55kW输入转速范围1020r/min5风轮转速18r/min传动形式一级行星和两级平行定轴总传动比100发电机型号FG500M46-4RB+KK发电机额定功率1560kW发电机转速范围10002000r/min发电机额定转速1800r/min由于恶劣的工作环境和风力涡轮机的复杂应力条件而使用的材料必须满足极端温度差(例如,低温电阻,冷热温度差)下的机械强度和材料性能条件。 尺寸稳定性。 外齿轮外部生产的精度不低于6度,外齿轮齿表面的硬度为5662HRC。 同时,变速箱和支链由合金钢制成以提高承重能力,特别是外齿轮箱由20CrMnMo制成,而内齿圈和齿轮部件由42CrMo制成。表3-3 所选材料的部分特性8钢号热处理状态截面尺寸力学性能硬度HBS直径D/mm壁厚s/mmbs5ak/Jcm-2/Nmm-2/%20CrMnMo渗碳+正火+低温回火30100155010798347854907154040 39.2 39.2表5662HRC心2833HRC42CrMo调质1025025300305005 125125150150250735883637 58858949044114141040353058.839.239.22072692072692072693.4.2 齿轮增速机械系统设计根据设计要求,即发电机转速应在2000r / min左右,并根据发电机功率和价格(与常温,耐盐雾性等现有风机相对应),选择1.5MW双馈异步风力发电机。低温型。通常,兆瓦级风力涡轮机的兆瓦比通常约为100,而机械系统主要使用行星齿轮传动,因为行星具有以下优点:第一,传输效率高,体积小,重量轻,结构简单,生产方便,传输范围大,能量分布大;第二,有效利用内部涂料和同轴传输设备将大大减小车轴的尺寸。第三,运动稳定,承受冲击和振动的能力强。除了上述优点和缺点之外,行星齿轮还具有一些缺点:结构类型比夹紧装置复杂;高质量的生产要求;由于体积小且散热低,油温会升高,对冷却有严格的要求。双行星齿轮和平行轴齿轮的组合结合了两者的优点。因此,根据提供的技术数据,齿轮比必须为1:100。由于速度较高,因此可以根据齿轮箱设计齿轮箱的传动结构,如下所示:第一行星齿轮和第二平行分支过渡7。图3.5 一级行星+两级平行轴传动简图根据设计参数,已知风轮转速为n发=18r/min,电动机转速nm =1800r/min 则总传动比i=传输系数的适当分布是机械系统设计中的重要问题。 这将直接影响机械系统的尺寸和重量,润滑剂以及从传动机构到中心的距离。 因此,为了使传动机械系统的结构便于携带并减小轮廓尺寸,提速机械系统在传动比中的总体分布是将高速部分的传动速率降低到低于高速部分的速度。 因此,应根据可变轴的速度分配范围选择合适的齿轮比。两级定轴传动比 i定=i2i3=44然后,全局阈值的第一个级别的级别= 100(44)6.25宣布计划设计过程,因为要同时啮合和传输负载的机器组要达到此目标,需要将各组齿的总数 可以很好地满足某些几何条件。(1)确保二阶轴和杆的轴一起饱和,以便满足Zs + 2Zp = Zr含量。(2)确保三颗星未相互连接,即满足要求:(Zs+Zp)sinZp+2 ha*(3)在设计行星齿轮时,每个行星齿轮必须对称分布或分布,以使径向力在行星齿的主要部分不平衡,也就是说,它们应满足相同的传播条件:许多行星都有齿。 车轮可以在车轮之间平均分配,即装配编号(Zs + Zr)/ K = P,P是整数。 当折叠行星齿轮时,行星齿轮必须均匀或对称地分布在旋转中,以平衡由主要部件产生的径向力。(4) 确保分配给分配给i1Hs的站点的定制汽车能够执行,即满足下载要求。当本地物种不移动时,存在Zr / Zs = i1H-1在以上语言中:Zs是中间机器的齿数;计算得出1.每个点的速度n(r / min)反应器的速度为n= nm = 1800r / min主轴中间轴的速度n=n/ i3盒子的速度是速度(即日工所在的钥匙)n=n/ i2全局传输速度n= nwind在公式中:nm是加速器的平均速度; n风是最有效的风力涡轮机系统; i3是目标与目标框之间的参考点;2.各个需求的输入功率P(kW)风能输入P= 0.55 kW低速齿轮箱输入功率P=PcmgS1中间箱输入功率P=P2g2高速箱的输入功率P=Pgc其中:c是相关的需要; g需要一箱箱子;在啮合摩擦练习者的声音中思考的适当功能;需求是步骤2;高通滤波器的正常运行。3.每项索赔的示意图风速估算T= 9550P/n低流量湍流II信号T=9550P/nnT的中间汲取点= 9550P/n最大激励系数为TIV = 9550P/n表3-4 传动参数的数据表项目风轮轴低速轴中间轴高速轴发电机功率P/kW0.550.520.510.50额定1560转矩T/(Nm)291.8044.1410.822.65转速n/(r/min)18112.545018001800传动比i6.2544效率 0.950.970.980.961行星轮系的齿轮参数根据行星轮系的传动所需要满足的条件确定所需参数。在前面已经确定一级行星轮的传动比为i1=6.25,则其转化轮系的传动比,依据机械设计手册(第五版)中第五章,渐开线圆柱齿轮行星传动,参照表14-5-5,NGW型行星齿轮传动的齿数组合,选取齿数组合为当P=3,且将传动比圆整为i1=6.26时,ZS=23,ZP=49,ZR=121.传动比误差为0.14%,远远小于要求的不应超过其范围的4%,在合理的范围之内8。(1) 选定齿轮类型,精度等级,材料 1)选择直齿轮圆柱齿轮。2)齿轮精度等级为6级精度。3)材料选择为20CrMnMo,硬度为表5662HRC,心2833HRC,热处理应为渗碳+淬火+低温回火。 (2) 按照齿面接触强度初算S-Pi传动中心距和模数8 输入转矩 则在一对S-Pi传动中,传递给小齿轮(太阳轮)的转矩为 T=9550 P/ n=291.8 Nm设载荷不均匀系数 KC=1.15齿数比 =2.13太阳轮和行星轮的材料选用如上表所示,齿面硬度具体要求:太阳轮5963HRC,行星轮为5358HRC;=1500MPa,许用接触应力 =0.9=15000.9=1350MPa取齿宽系数=1,载荷系数K=1.8,则中心距=483(2.13+1)=97.78mm模数m=2.71 mm,依据GB/T 1357-1987,取标准模数m=3mm为提高啮合齿轮副的承载能力,将Zp减少2个齿,改为Zp=47,并进行不等角变位,则S-Pi传动未变位时的中心距为=(23+47)=105mm根据系数j= 1.05,查图14-5-4,预取啮合角=, 则= S-Pi传动中心距变动系数为=1.289则中心距 =+=105+1.283=108.867mm取实际中心距为 =109mm(3) 计算S-Pi传动的实际中心距变动系数和啮合角=1.33=0.90528487=(4) 计算S-Pi传动的变位系数 =(23+47)=1.2用图14-5-5校核,=70 和= 1.2 均在许用区内,可用。根据= 1.2 ,实际的= 2.04 ,在图14-5-5中,纵坐标上 处用作水平直线与号斜线()相交,其交点向下做垂直线,与x1横坐标的交点即为太阳轮的变为系数=0.55,行星轮的变位系数为:=-=0.65(5) 计算Pi-R传动的中心距变位系数和啮合角Pi-R传动未变位时的中心距为:=111mm 则 =0.67 =0.956934687 =(6) 计算Pi-R传动的变位系数=(12147)=0.62=+=0.62+0.65=0.03(7) 计算几何尺寸1) 计算r、s、p齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、端面重合度齿顶高变动系数: =()y 齿顶高: =1+ 齿根高: 齿高 : 则分度圆: 由式 分别计算得 =69mm =141mm =363mm齿顶圆直径:由式 =+2 分别计算得 =79mm =153mm =357mm齿根圆直径:由式 分别计算得 57mm =127mm =373mm 端面重合度:由式 分别计算得 =0.3714 2) 计算齿宽:选取齿宽系数=1,由式计算齿宽得 b=141mm 为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合宽度减小而增大轮齿单位齿宽的工作载荷,常将小齿轮的齿宽人为地加宽510mm。因此取实际齿宽为:BS=135mm,BP=145mm,Br=140mm(8) 验算S-Pi传动的接触强度1) 分度圆上名义切向力Ft =15488 N2) 使用系数KA 依据机械设计手册,查表14-1-71,取K,A=1.53) 动载荷系数KV 齿轮线速度 =0.87m/s由设计手册表14-1-80公式计算传动精度系数C 式中z=26,m=5,代入数值计算 C=7.25圆整 C=H=74) 螺旋线载荷分布系数和齿间载荷分配系数 由机械设计手册,表14-1-87查得S-P 传动 P-C传动 ,且1.05 式中,为行星轮个数 由机械设计手册,查表14-1-29 =179 N 查表取=1.05) 节点区域系数和弹性系数 由机械设计手册,查图14-1-76 =2.47由表14-1-95 =188.96) 重合度系数由前已知端面重合度=0.3174则查图14-1-79 =0.7757) 计算接触应力 8) 寿命系数 应力循环次数 由机械设计手册,查表14-1-96公式计算 9) 齿面工作硬化系数和尺寸系数由图14-1-90 =1.12由表14-1-99 =1.076-0.0109m=1.0210) 安全系数=1.33=1.4、均达到表14-1-100规定的较高的可靠度时,最小安全系数=1.251.30的要求。齿面接触强度核算通过。2平行轴齿轮参数设计在该设计中,由于使用了单级行星齿轮+两级平行分支的不连续平行分支,因此可以使用行星齿轮系统的参数在最后的两级平行分支之间配对。 已经进行了一些计算。 一档的设计和计算参数相同,因此以高速前叉为例进行设计和计算。具体如图3.5所示。(1) 选定齿轮类型,精度等级,材料及其齿数;输出功率 P=0.5kW,小齿轮转速为1800r/min,传动比为i=4,工作预寿命20年。1)选择斜齿轮圆柱齿轮。2)齿轮精度等级为6级精度。3)材料选择为20CrMnMo,硬度为表5662HRC,心2833HRC,热处理应为渗碳+淬火+低温回火。 4)选小齿轮齿数Z4=19,齿轮3齿数Z3=194=76 5)初选螺旋角(2) 按照齿面接触强度设计9 由设计公式 d1t 进行计算。1) 确定公式内的各计算数值 选载荷系数Kt以及重合度 =1.62由于冲击载荷较大,故选取Kt=2 , 计算小齿轮传递的转矩T4。T4= = 2653Nmm 由表107 选取齿宽系数=1. 由表106查得,选取材料的弹性影响系数ZE=188MPa. 由表3-3查得齿轮的接触疲劳强度极限 785 N/mm2. 计算应力循环次数N. 则 N=60n4jLh 计算接触疲劳许用应力。取接触疲劳寿命系数KHN1=KHN2=0.90,且取失效概率为1%,安全系数10S=1.5,由式 = 计算得 4=3=0.9785/1.5=471Nmm2) 计算 试计算小齿轮分度圆直径d1t ,代入中较小的值。d1t =48.34mm 圆周速度 = 4.56m/s 计算齿宽b=38.672mm 计算齿宽与齿高之比。 模数=2.54mm 齿高6.75mm 则齿宽与齿高之比=5.73 计算纵向重合度 =1.205 计算载荷系数1.443。则按实际的载荷校正所得算得的分度圆直径,由式(10-10)得 =53.9mm,取d4=54mm 计算模数 =2.76mm(3) 按齿根弯曲强度计算 由式 1) 确定式中计算参数 计算载荷系数K。=2.1 由纵向重合度计算=1.025,查得=0.88 计算当量齿数 =20.80 =83.19 查取齿形系数=2.76 =2.22 查取应力校正系数=1.56 =1.77 计算大、小齿轮的并加以比较,大齿轮的大。2) 设计计算计算1.568 ,由齿面接触疲劳强度的法面模数大于由齿根弯曲强度计算的法面模数,取=2.0mm,以可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度计算的分度圆直径d4=53.9mm来计算应有的齿数。于是由式 =26.19,=26,取则=104则几何尺寸计算 计算中心距 =133.98,圆整后为 134mm 按圆整后的中心距计算螺旋角 = 计算大小齿轮的分度圆直径 =53.6mm =214.4mm 计算齿轮宽度 由式 计算b=42.88mm则取 b4=55mm b3=50mm两平行定轴级的两对齿轮系参数为: 2, = ,Z1=Z3=104,Z2=Z4=26,d1=d3=208d2=d4=52mm,中心距a=134
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