第一节 概述   

     风力发电机组中的齿轮箱是一个主要的机械部件，其首要从命是将风轮在风力浸染下所发生的动力传递给发电机并使其获得响应的转速。凡是风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必需经过过程齿轮箱齿轮副的增速浸染来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。凭据机组的总体铺排要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称年夜轴）与齿轮箱合为一体，也有将年夜轴与齿轮箱离别铺排，其间行使涨紧套装配或联轴节毗邻的结构。为了增添机组的制着手法，经常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装配，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装配配合对机组传动系统进行团结制动。
     因为机组安设在高山、萧疏、海滩、海岛等风口处，受无纪律的变向变负荷的风力浸染以及强阵风的冲击，常年接管炎夏冰凉和极端温差的影响，加之所处自然情况交通未便，齿轮箱安设在塔顶的狭小空间内，一旦泛起故障，修复异常难题，故对其靠得住性和行使寿命都提出了比日常机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状况下机械机能外，还应该具有低温状况下抗冷脆性等特征；应担保齿轮箱平稳工作，提防振动和冲击；担保充裕的润滑前提，等等。对冬夏温差伟年夜的区域，要培植合适的加热和冷却装配。还要设置监控点，对运转和润滑状况进行遥控。
分歧形式的风力发电机组有纷歧样的要求，齿轮箱的铺排形式以及结构也是以而异。在风电界水平轴风力发电机组用平稳平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。
      如前所述，风力发电受自然前提的影响，一些出格情景形象状况的泛起，皆概略导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不概略像在地面那样具有牢靠的机座根柢根底，整个传动系的动力成家和扭转振动的成分老是齐集反映在某个微弱关头上，年夜量的实践证实，这个关头经常是机组中的齿轮箱。是以，增强对齿轮箱的研究，正视对其进行维护调养的工作显得尤为主要。

第二节 贪图要求

      贪图必需担保在知足靠得住性和预期寿命的前提下，使结构简化而且重量最轻。凡是应接纳CAD优化贪图，排定最佳传动方案，选用合理的贪图参数，选择不变靠得住的构件和具有优越力学特征以及在情况极端温差下模仿照旧连结不变的材料，等等。
一、 贪图载荷
      齿轮箱作为传递动力的部件，在运行时代同时承受动、静载荷。其动载荷部门取决于风轮、发电机的特征和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作前提。
风力发电机组载荷谱是齿轮箱贪图策画的根柢根底。载荷谱可经过过程实测获得，也可以按照JB/T10300尺度策画确定。当按照实测载荷谱打准时，齿轮箱行使系数KA＝1。当无法获得载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。
二、贪图要求
      风力发电机组增速箱的贪图参数，除尚有划定外，经常接纳优化贪图的方式，即行使策画机的剖析策画，在知足各类限制前提下求得最优贪图方案。
（一） 遵守
      齿轮箱的遵守可经过过程功率损失落察算或在试验中实测获得。功率损失落首要包含齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失落、风阻损失落、其余机件阻尼等。齿轮的遵守在分歧工况下是不整齐的。
风力发电齿轮箱的专业尺度要求齿轮箱的机械遵守应年夜于97%，是指在尺度前提下应达到的指标。
（二） 噪声级
    风力发电增速箱的噪声尺度为85dB（A）摆布。噪声首要来自各传动件，故应接纳响应降低噪声的设施：
1. 适合提高齿轮精度，进行齿形修缘，增添啮合重合度；
2. 提高轴和轴承的刚度；
3. 合理铺排轴系和轮系传动，避免发生共振；
4. 安设时接纳需要的减振设施，将齿轮箱的机械振动节制在GB/T8543划定的C级之内。
（三） 靠得住性
      按照假定寿命起码20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情形进行委靡剖析，对齿轮箱整机及其零件的贪图极限状况和行使极限状况进行极限强度剖析、委靡剖析、不变性和变形极限剖析、动力学剖析等。剖析方式除日常推荐的贪图策画方式外，可接纳模拟主机运行前提下进行零部件试验的方式。
在方案贪图之初必需进行靠得住性剖析，而在施工贪图完成后再次进行具体的靠得住性剖析策画，其中包含尽心拔取靠得住性好的结构和对主要的零部件以及整机进行靠得住性估算。

第三节 齿轮箱的结构

一、齿轮箱的范例与特点
      风力发电机组齿轮箱的种类许多，按照传统范例可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们彼此组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照迁移改变的铺排形式又可分为睁开式、分流式和同轴式以及夹杂式等等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表.20.1-1。
（表20.1-1 风力发电齿轮箱的首要范例和特点）。
二、齿轮箱图例
（各类齿轮箱图例如图20.1 ～ 20.7 所示）。

第四节 齿轮箱的首要零部件

箱体结构
      箱体是齿轮箱的主要部件，它承受来自风轮的浸染力和齿轮传动时发生的反力，必需具有充沛的刚性去承受力和力矩的浸染，提防变形，担保传动质量。箱体的贪图应按照风电机组动力传动的结构放置、加工和装配前提、便于搜检和维护等要求来进行。应注重轴承支承和机座支承的分歧偏向的反力及其相对值，拔取合适的支承结构和壁厚，增设需要的增强筋。筋的位置须与引起箱体变形的浸染力的偏向相整齐。
      箱体的应力情形极端复杂且分布不匀，只有接纳现代策画方式，若有限元、断裂力学等方式辅以摸拟现实工况的光弹执行，才气较为正确地策画出应力分布的状况。行使策画机扶持匡助贪图，可以获得与现实应力极端接近的效果。
接纳铸铁箱体可施展其减振性，易于切削加工等特点， 适于批量出产。常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。用铝合金或其他轻合金制造的箱体，可使其重量较铸铁轻20%~30%， 但从另一角度考虑，轻合金锻造箱体，降低重量的效果并不较着。这是因为轻合金铸件的弹性摸量较小，为了提高刚性，贪图时常须加年夜箱体受力部门的横截面积，在轴承座处加装钢制轴承座套，响应部位的尺寸和重量都要加年夜。此刻除了较小的风电机组尚用铝合金箱体外，年夜型风力发电齿轮箱应用轻铝合金铸件箱体已不多见。
      单件、小批出产时，常接纳焊接或焊接与锻造相连系的箱体。为减小机械加工过程和行使中的变形，提防泛起裂纹，无论是锻造或是焊接箱体均应进行退火、时效处置责罚，以消弭内应力。
为了便于装配和按期搜检齿轮的啮合情形，在箱体上应设有视察窗。机座旁日常设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱用。
箱体支座的凸缘应具有充沛的刚性，尤其是作为支承座的耳孔和摇臂支座孔的结构，其支承刚度要作细心的核算。为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动，齿轮箱可安设在弹性减振器上。最简单的弹性减振器是用高强度橡胶和钢垫做成的弹性支座块，合理行使也能取得较好的效果。
      箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。在响应部位设有注油器和放油孔。放油孔四周应留有充沛的放油空间。接纳强逼润滑和冷却的齿轮箱，在箱体的合适部位设置收支油口和相关的液压件的安设位置。

齿轮和轴的结构
      风力发电机组运转情况异常恶劣，受力情形复杂，要求所用的材料除了要知足机械强度前提外，还应知足极端温差前提下所具有的材料特征，如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸不变性等等。对齿轮和轴类零件而言，因为其传递动力的浸染而要求极为严厉的选材和结构贪图，日常情形下不推荐接纳装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造前提准许的局限内，都接纳轮辐轮缘集体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时，因为齿轮与轴之间的毗邻所限，常制成轴齿轮的形式。
      为了提高承载手法，齿轮、轴日常都接纳合金钢制造。外齿轮推荐接纳20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA 等材料。内齿圈和轴类零件推荐接纳42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。接纳锻造方式制取毛坯，可获得优越的锻造机关纤维和响应的力学特征。合理的预热处置责罚以及中央和最终热处置责罚工艺，担保了材料的综合机械机能达到贪图要求。
      齿轮箱内用作主传动的齿轮精度，外齿轮不低于5级GB/T10095，内齿轮不低于6级GB/T10095。凡是接纳最终热处置责罚的方式是渗碳淬火，齿外面硬度达到HRC60+/-2，具有优越的抗磨损干戈强度，轮齿心部则具有相对较低的硬度和较好的韧性，能提高抗弯曲强度，而凡是对齿部的最终加工是接纳磨齿工艺。
      加工人字齿的时刻，如是集体结构，半人字齿轮之间应有退刀槽；如是拼装人字齿轮，则离别将两半齿轮按通俗圆柱齿轮加工，末尾用工装将两者正确对齿，再经过过程过盈配合套装在轴上。
      齿轮加工中，划定好加工的工艺基准异常主要。轴齿轮加工时，常用顶尖顶紧两轴端中央孔安设在机床上。圆柱齿轮则行使其内孔和一个端面作为工艺基准，用夹具或经过过程校准在机床上定位。
      在一对齿轮副中，小齿轮