论文总字数：30538字

摘 要

风能是一种重要的清洁可再生能源，为了减少环境污染、缓解能源压力，风力发电及风力发电机组愈发受到重视，而主传动链的设计则是风力发电机组的关键技术之一。本设计为2.0MW风力发电机组主传动系统的设计，对升速齿轮箱、制动装置以及连接部分进行了理论分析与设计计算，并对相关部分进行了强度校核与寿命分析，以满足其使用年限的要求。最后通过CAD绘制相关图纸。

关键词：主传动系统 增速齿轮箱 轴承 钳盘式制动

ABSTRACT

Wind power is an energy source,which is clean and renewable,and becoming more and more important nowdays. More wind turbines are designed and producted to improve the environment and due with the shortage of energy.It is important to design an excellent main transsmission for a wind turbine. This article is the design of the main drive system of a 2.0mw wind turbine. Theoretical analysis and design calculation are carried out on the lifting gear box, braking device and connection part, and the strength check and life analysis are carried out on the relevant part to meet the requirements of its service life. Finally, draw relevant drawings through CAD.

KEYWORDS: main drive system;increase gear box;bearing;clamp disc braking

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1国外研究现状 1

1.2国内研究现状 1

1.3本设计研究意义 2

1.4目前存在的问题 2

第二章 总体方案设计 4

2.1设计参数的选择 4

2.2设计方案 4

2.3发电机的选择 6

第三章 增速齿轮箱的设计 7

3.1设计要求： 7

3.2确定传动方案 7

3.3传动比的分配 8

3.4齿轮参数的设计 8

3.3.1平行轴高速级 8

3.3.2平行轴低速级 11

3.3.3行星轮系 13

3.5轴的设计与轴承的选用与校核 22

3.4.1高速轴 22

3.4.2高速中间轴 25

3.4.3低速中间轴 29

3.4.4太阳轮轴 32

3.4.5行星轮心轴 34

3.6齿轮及转臂结构 36

3.7齿轮箱附件的选择 37

3.7.1轴承盖的选择 37

3.7.2齿轮箱箱体的设计 38

3.7.3检查孔与检查孔盖 39

3.7.4通气器 39

3.7.5油塞 40

3.7.6油标 40

第四章 制动机构的设计 41

4.1制动机构的必要性 41

4.2制动器类型的选择 41

4.3机械制动系统要求 42

4.4机械制动系统工作原理 42

4.5制动机构设计计算 42

4.5.1计算制动力矩的工况 42

4.5.2计算设计制动力矩 43

4.5.3制动盘直径的选择 43

4.5.4计算卡钳夹紧力 43

4.5.5主动钳内径的计算 44

4.5.6阶梯活塞设计 44

4.5.7单个弹簧受力 44

第五章 其他部件的设计与选用 46

5.1主轴轴承及轴承座 46

5.2主轴联轴器 46

5.3高速轴联轴器 46

第六章 总结与展望 47

6.1总结 47

6.2展望 47

6.3技术与经济分析 47

参考文献 49

致 谢 51

附 录 52

第一章 绪论

1.1国外研究现状

国外对于风电机组传动系统的研究起步早，且逐渐由对单个部件的研究转向整机的动力学分析。C.Galloz等对水平轴定桨距56kW风力发电机传动系统进行了动态特性分析[1]。Joris重点研究了应用纯扭转模型、刚性轴模型和柔性轴模型三种方法时齿轮箱的固有特性和在10-1500Hz范围内的动态性能[2]。Dr.Yongle Song等通过建立齿轮箱系统的有限元模型计算其动态响应，给出了轴承，齿轮箱等的错位啮合量及装配误差对传动系统中各部件寿命的影响[3]。H.Dinner阐述了风电机组传动系统结构及齿轮箱齿型计算方法，同时计算出了动态系数、横向负载系数、表面载荷系数、应用系数、载荷分布系数等[4]。A.Kahaman等研究了齿轮系统振动特性[5]。随着材料、强度等问题的解决，更大功率的风力发电机组得以被制造。

1.2国内研究现状

国内虽然起步较晚，但对整个系统的研究也在不断完善，对单个部件与整体的研究也越来越深。重庆大学李润芳教授建立了增速齿轮箱的有限元模型，并分析其动态特性和固有频率[6-7]。从而更好地帮助我们设计与制造齿轮。沈阳工业大学等高校直接从整个风力机传动系统本身出发，在对整个风力发电机组进行建模仿真的同时，重点研究了传动系统的建模与仿真[8-11]。汕头大学陈严教授将传动系统的结构抽象为弹簧-质量-阻尼形式，在此基础上建立系统的刚性轴与柔性轴模型得出了风轮转子与低速轴组成的低频二阶系统为主要影响因素的结论，浙江大学从发电机的角度出发，运用数量统计策略和相似性原理反求齿轮的弯曲疲劳和接触疲劳强度[12-13]。之前国内研究重点主要是齿轮。当前国内生产的大型风力发电机组的瓶颈依旧是高速轴轴承，质量好而且耐用的轴承一般都是从国外的生产商处进口。为了提高国产风力发电机的质量与寿命，国内研究机构也在大力研制高速耐用轴承。

1.3本设计研究意义

随着能源的不断消耗，全球性的能源危机正逐渐显示出来。寻找可替代传统化石能源的新能源成为科学家们追逐的热点问题。就目前而言，技术已经相对较为成熟的有太阳能、风能、核能与水力发电。核能储存的能量虽然巨大，但其安全性一直无法得到保证，因此其利用程度有限。水力发电是目前最为成熟的技术，但其受地域限制较大，当为较远地区输电时其电能损耗严重。太阳能与风能作为新兴的可再生能源，可进行大中小各型发电，满足各地区用电的不同需求，但太阳能受时间与天气的影响较大。风力发电机可在白天与夜晚发电，受天气影响较小，因此风力发电正越来越受到人们的重视。

我国的风电发展起步晚，但进度快。中国陆地风能储量巨大，我国陆上风能资源主要分布在三北地区，内陆的山地湖泊地区风能资源也较丰富。预计到二十一世纪中叶，风能发电将占中国发电总量的17%。现如今全球十大陆上风电场，有7个是在中国，其中最大的是甘肃酒泉的风力发电厂。在未来，新能源技术所占的比重将会越来越大，《中国可再生能源展望2018》表明一次能源需求量仍在2025年前达到峰值，风能和太阳能将成为主导能源，21世纪20年代煤炭消费开始加速淘汰。因此合理高效的利用风能将成为今后能源科技发展的一个热点问题，目前风能利用的主要形式还是风力发电，而主传动链的设计对发力发电机组至关重要，必须进行合理科学的设计。

1.4目前存在的问题

目前兆瓦级风电机组技术已经趋于成熟，但还有许多问题亟待解决，目前大型风力发电机组存在的主要问题有：

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