组齿轮箱范文10篇

组齿轮箱范文篇1

风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。

由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。

不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。

如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。第二节设计要求设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。

一、设计载荷

齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。

风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T10300标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。

二、设计要求

风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。

（一）效率

齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。

风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。

（二）噪声级

风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施：

1.适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；

2.提高轴和轴承的刚度；

3.合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；

4.安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。

（三）可靠性

按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。

在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。第三节齿轮箱的构造一、齿轮箱的类型与特点

风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表.20.1-1。

（表20.1-1风力发电齿轮箱的主要类型和特点）。

二、齿轮箱图例

（各种齿轮箱图例如图20.1～20.7所示）。

第四节齿轮箱的主要零部件箱体结构

箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。箱体的设计应按照风电机组动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值，选取合适的支承结构和壁厚，增设必要的加强筋。筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相一致。

箱体的应力情况十分复杂且分布不匀，只有采用现代计算方法，如有限元、断裂力学等方法辅以摸拟实际工况的光弹实验，才能较为准确地计算出应力分布的状况。利用计算机辅助设计，可以获得与实际应力十分接近的结果。

采用铸铁箱体可发挥其减振性，易于切削加工等特点，适于批量生产。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，轻合金铸造箱体，降低重量的效果并不显著。这是因为轻合金铸件的弹性摸量较小，为了提高刚性，设计时常须加大箱体受力部分的横截面积，在轴承座处加装钢制轴承座套，相应部位的尺寸和重量都要加大。目前除了较小的风电机组尚用铝合金箱体外，大型风力发电齿轮箱应用轻铝合金铸件箱体已不多见。

单件、小批生产时，常采用焊接或焊接与铸造相结合的箱体。为减小机械加工过程和使用中的变形，防止出现裂纹，无论是铸造或是焊接箱体均应进行退火、时效处理，以消除内应力。

为了便于装配和定期检查齿轮的啮合情况，在箱体上应设有观察窗。机座旁一般设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱用。

箱体支座的凸缘应具有足够的刚性，尤其是作为支承座的耳孔和摇臂支座孔的结构，其支承刚度要作仔细的核算。为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动，齿轮箱可安装在弹性减振器上。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，合理使用也能取得较好的结果。

箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。在相应部位设有注油器和放油孔。放油孔周围应留有足够的放油空间。采用强制润滑和冷却的齿轮箱，在箱体的合适部位设置进出油口和相关的液压件的安装位置。齿轮和轴的结构

风力发电机组运转环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下所具有的材料特性，如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。对齿轮和轴类零件而言，由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计，一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内，都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时，由于齿轮与轴之间的连接所限，常制成轴齿轮的形式。

为了提高承载能力，齿轮、轴一般都采用合金钢制造。外齿轮推荐采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA等材料。内齿圈和轴类零件推荐采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。采用锻造方法制取毛坯，可获得良好的锻造组织纤维和相应的力学特征。合理的预热处理以及中间和最终热处理工艺，保证了材料的综合机械性能达到设计要求。

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。通常采用最终热处理的方法是渗碳淬火，齿表面硬度达到HRC60+/-2，具有良好的抗磨损接触强度，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，而通常对齿部的最终加工是采用磨齿工艺。

加工人字齿的时候，如是整体结构，半人字齿轮之间应有退刀槽；如是拼装人字齿轮，则分别将两半齿轮按普通圆柱齿轮加工，最后用工装将两者准确对齿，再通过过盈配合套装在轴上。

齿轮加工中，规定好加工的工艺基准非常重要。轴齿轮加工时，常用顶尖顶紧两轴端中心孔安装在机床上。圆柱齿轮则利用其内孔和一个端面作为工艺基准，用夹具或通过校准在机床上定位。

在一对齿轮副中，小齿轮的齿宽比大齿轮略大一些，这主要是为了补偿轴向尺寸变动和便于安装。为减小轴偏斜和传动中弹性变形引起载荷不均匀的影响，应在齿形加工时对轮齿作修形处理。

齿轮与轴的联接

平键联接常用于具有过盈配合的齿轮或联轴器与轴的联接。

花键联接通常这种联接是没有过盈的，因而被联接零件需要轴向固定。花键联接承载能力高，对中性好，但制造成本高，需用专用刀具加工。

过盈配合联接过盈配合联接能使轴和齿轮（或联轴节）具有最好的对中性，特别是在经常出现冲击载荷情况下，这种联接能可靠地工作，在风力发电齿轮箱中得到广泛的应用。利用零件间的过盈配合形成的联接，其配合表面为圆柱面或圆锥面（锥度可取1：30~1：8）。圆锥面过盈联接多用于载荷较大，需多次装拆的场合。

胀紧套联接利用轴、孔与锥形弹性套之间接触面上产生的摩擦力来传递动力，是一种无键联接方式，定心性好，装拆方便，承载能力高，能沿周向和轴向调节轴与轮毂的相对位置，且具有安全保护作用。国家标准GB5867-86对其所推荐的四种胀紧套的结构形式和基本尺寸作了详细的规定。

齿轮箱中的轴按其主动和被动关系可分为主动轴、从动轴和中间轴。首级主动轴和末级从动轴的外伸部分用于安装半联轴器，与风轮轮毂或电机传动轴相连。为了提高可靠性和减小外形尺寸，有时将半联轴器（法兰）与轴制成一体。

轴上各个配合部分的轴颈需要进行磨削加工。为了减少应力集中，对轴上台肩处的过渡圆角、花键向较大轴径过渡部分，均应作必要的处理，例如抛光，以提高轴的疲劳强度。在过盈配合处，为减少轮毂边缘的应力集中，压合处的轴径应比相邻部分轴径加大5%，或在轮毂上开出卸荷槽。装在轴上的零件，轴向固定应可靠，工作载荷应尽可能用轴上的止推轴肩来承受，相反方向的固定则可利用螺帽或其他紧固件。为防止螺纹松动，可利用止动垫圈、双螺帽垫圈、锁止螺钉或串联铁丝等。有时为了节省空间，简化结构，也可以用弹簧挡圈代替螺帽和止动垫圈，但不能用于轴向负荷过大的地方。

轴的材料采用碳纲和合金纲。如40、45、50、40Cr、50Cr、42CrMoA等，常用的热处理方法为进行调质，而在重要部位作淬火处理。要求较高时可采用20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi等优质低碳合金纲，进行渗碳淬火处理，获取较高的表面硬度和心部较高的韧性。

滚动轴承

齿轮箱的支承中，大量应用滚动轴承，其特点是静摩擦力矩和动摩擦力矩都很小，即使载荷和速度在很宽范围内变化时也如此。滚动轴承的安装和使用都很方便，但是，当轴的转速接近极限转速时，轴承的承载能力和寿命急剧下件下降，高速工作时的噪音和振动比较大。齿轮传动时轴和轴承的变形会引起齿轮和轴承内外圈轴线的偏斜，使轮齿上载荷分布不均匀，会降低传动件的承载能力。由于载荷不均匀性而使轮齿经常发生断齿的现象，在许多情况下又是由于轴承的质量和其他因素，如剧烈的过载而引起的。选用轴承时，不仅要根据载荷的性质，还应根据部件的结构要求来确定。相关技术标准，如DIN281，或者轴承制造商的的样本，都有整套的计算程序和方法可供参考。

计算的使用寿命应不小于13万小时。在安装、润滑、维护都正常的情况下，轴承运转过程中，由于套圈与滚动体的接触表面经受交变负荷的反复作用而产生疲劳剥落。疲劳剥落若发生在寿命期限之外，则属于滚动轴承的正常损坏。因此，一般所说的轴承寿命指的是轴承的疲劳寿命。一批轴承的疲劳寿命总是分散的，但总是服从一定的统计规律，因而轴承寿命总是与损坏概率或可靠性相联系。第五节齿轮箱的使用及其维护在风力发电机组中，齿轮箱是重要的部件之一，必须正确使用和维护，以延长使用寿命。

齿轮箱主动轴与叶片轮毂的连接必须可靠紧固。输出轴若直接与电机联接时，应采用合适的联轴器，最好是弹性联轴器，并串接起保护作用的安全装置。齿轮箱轴线与相联接部分的轴线应保证同心，其误差不得大于所选用联轴器的允许值。

齿轮箱安装后用人工盘动应灵活，无卡滞现象，齿面接触斑点应达到技术条件的要求。按照说明书的要求加注规定的机油达到油标刻度线，并在正式使用之前空载运转，此时可以利用电机带动齿轮箱，经检查齿轮箱运转平稳，无冲击振动和异常噪音，润滑情况良好，且各处密封和结合面不漏油，才能与机组一起投入试运转。

加载试验应分阶段进行，分别以额定载荷的25%、50%、75%、100%加载，每一阶段运转以平衡油温为主，一般不得小于2小时，最高油温不得超过80゜C，其不同轴承间的温差不得高于15゜C。

齿轮箱的润滑

齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。为此，必须高度重视齿轮箱的润滑问题，严格按照规范保持润滑系统长期处于最佳状态。齿轮箱常采用飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。因此，配备可靠的润滑系统尤为重要。电动齿轮泵从油箱将油液经滤油器输送到齿轮箱的润滑管路，对各部分的齿轮和传动件进行润滑，管路上装有各种监控装置，确保齿轮箱在运转当中不会出现断油。

在齿轮箱运转前先启动润滑油泵，待各个润滑点都得到润滑后，间隔一段时间方可启动齿轮箱。当环境温度较低时，例如小于10゜C，须先接通电热器加机油，达到预定温度后才投入运行。若油温高于设定温度，如65゜C时，机组控制系统将使润滑油进入系统的冷却管路，经冷却器冷却降温后再进入齿轮箱。管路中还装有压力控制器和油位控制器，以监控润滑油的正常供应。如发生故障。监控系统将立即发出报警信号，使操作者能迅速判定故障并加以排除。

对润滑油的要求应考虑：1）减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合；2）吸收冲击和振动；3）防止疲劳点蚀；4）冷却，防锈，抗腐蚀。不同类型的传动有不同的要求。风力发电齿轮箱属于闭式齿轮传动类型，其主要的失效形式是胶合与点蚀，故在选择润滑油时，重点是保证有足够的油膜厚度和边界膜强度。因为在较大的温差下工作，要求粘度指数相对较高。为提高齿轮的承载能力和抗冲击能力，适当地添加一些极压添加剂也有必要，但添加剂有一些副作用，在选择时必须慎重。齿轮箱制造厂一般根据自己的经验或实验研究推荐各种不同的润滑油，例如MOBIL632，MOBIL630或L-CKC320，L-CKC220GB5903-95齿轮油就是根据齿面接触应力和使用环境条件选用的。

在齿轮箱运行期间，要定期检查运行状况，看看运转是否平稳；有无振动或异常噪音；各处连接和管路有无渗漏，接头有无松动；油温是否正常。定期更换润滑油，第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，以后的换油周期为每运行5，000-10，000小时。在运行过程中也要注意箱体内油质的变化情况，定期取样化验，若油质发生变化，氧化生成物过多并超过一定比例时，就应及时更换。

齿轮箱应每半年检修一次，备件应按照正规图纸制造，更换新备件后的齿轮箱，其齿轮啮合情况应符合技术条件的规定，并经过试运转与负荷试验后再正式使用。第六节齿轮箱常见故障及预防措施齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和渗漏油、油温高等。

一、齿轮损伤

齿轮损伤的影响因素很多，包括选材、设计计算、加工、热处理、安装调试、润滑和使用维护等。常见的齿轮损伤有齿面损伤和轮齿折断两类。

（一）轮齿折断（断齿）

断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹扩展的情况和断齿原因，断齿可分为过载折断（包括冲击折断）、疲劳折断以及随机断裂等。

过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有突然冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。断齿断口有呈放射状花样的裂纹扩展区，有时断口处有平整的塑性变形，断口副常可拼合。仔细检查可看到材质的缺陷，齿面精度太差，轮齿根部未作精细处理等。在设计中应采取必要的措施，充分考虑预防过载因素。安装时防止箱体变形，防止硬质异物进入箱体内等等。

疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下，从危险截面（如齿根）的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断。在疲劳折断的发源处，是贝状纹扩展的出发点并向外辐射。产生的原因是设计载荷估计不足，材料选用不当，齿轮精度过低，热处理裂纹，磨削烧伤，齿根应力集中等等。故在设计时要充分考虑传动的动载荷谱，优选齿轮参数，正确选用材料和齿轮精度，充分保证加工精度消除应力集中集中因素等等。

随机断裂的原因通常是材料缺陷，点蚀、剥落或其他应力集中造成的局部应力过大，或较大的硬质异物落入啮合区引起。

（二）齿面疲劳

齿面疲劳是在过大的接触剪应力和应力循环次数作用下，轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤，其表现形式有早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落、和表面压碎等。特别是破坏性点蚀，常在齿轮啮合线部位出现，并且不断扩展，使齿面严重损伤，磨损加大，最终导致断齿失效。正确进行齿轮强度设计，选择好材质，保证热处理质量，选择合适的精度配合，提高安装精度，改善润滑条件等，是解决齿面疲劳的根本措施。

（三）胶合

胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上的金属的现象，很可能是由于润滑条件不好或有干涉引起，适当改善润滑条件和及时排除干涉起因,调整传动件的参数，清除局部载荷集中，可减轻或消除胶合现象。二、轴承损坏

轴承是齿轮箱中最为重要的零件，其失效常常会引起齿轮箱灾难性的破坏。轴承在运转过程中，套圈与滚动体表面之间经受交变负荷的反复作用，由于安装、润滑、维护等方面的原因，而产生点蚀、裂纹、表面剥落等缺陷，使轴承失效，从而使齿轮副和箱体产生损坏。据统计，在影响轴承失效的众多因素中，属于安装方面的原因占16%，属于污染方面的原因也占16%，而属于润滑和疲劳方面的原因各占34%。使用中70%以上的轴承达不到预定寿命。因而，重视轴承的设计选型，充分保证润滑条件，按照规范进行安装调试，加强对轴承运转的监控是非常必要的。通常在齿轮箱上设置了轴承温控报警点，对轴承异常高温现象进行监控，同一箱体上不同轴承之间的温差一般也不超过15゜C，要随时随地检查润滑油的变化，发现异常立即停机处理。三、断轴

组齿轮箱范文篇2

风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。

由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。

不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。

如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。第二节设计要求设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。

一、设计载荷

齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。

风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T10300标准计算确定。当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。

二、设计要求

风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。

（一）效率

齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。

风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。

（二）噪声级

风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施：

1.适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；

2.提高轴和轴承的刚度；

3.合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；

4.安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。

（三）可靠性

按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。

在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。第三节齿轮箱的构造一、齿轮箱的类型与特点

风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。常用齿轮箱形式及其特点和应用见表.20.1-1。

（表20.1-1风力发电齿轮箱的主要类型和特点）。

二、齿轮箱图例

（各种齿轮箱图例如图20.1～20.7所示）。

第四节齿轮箱的主要零部件箱体结构

箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。箱体的设计应按照风电机组动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值，选取合适的支承结构和壁厚，增设必要的加强筋。筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相一致。

箱体的应力情况十分复杂且分布不匀，只有采用现代计算方法，如有限元、断裂力学等方法辅以摸拟实际工况的光弹实验，才能较为准确地计算出应力分布的状况。利用计算机辅助设计，可以获得与实际应力十分接近的结果。

采用铸铁箱体可发挥其减振性，易于切削加工等特点，适于批量生产。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，轻合金铸造箱体，降低重量的效果并不显著。这是因为轻合金铸件的弹性摸量较小，为了提高刚性，设计时常须加大箱体受力部分的横截面积，在轴承座处加装钢制轴承座套，相应部位的尺寸和重量都要加大。目前除了较小的风电机组尚用铝合金箱体外，大型风力发电齿轮箱应用轻铝合金铸件箱体已不多见。

单件、小批生产时，常采用焊接或焊接与铸造相结合的箱体。为减小机械加工过程和使用中的变形，防止出现裂纹，无论是铸造或是焊接箱体均应进行退火、时效处理，以消除内应力。

为了便于装配和定期检查齿轮的啮合情况，在箱体上应设有观察窗。机座旁一般设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱用。

箱体支座的凸缘应具有足够的刚性，尤其是作为支承座的耳孔和摇臂支座孔的结构，其支承刚度要作仔细的核算。为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动，齿轮箱可安装在弹性减振器上。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，合理使用也能取得较好的结果。

箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。在相应部位设有注油器和放油孔。放油孔周围应留有足够的放油空间。采用强制润滑和冷却的齿轮箱，在箱体的合适部位设置进出油口和相关的液压件的安装位置。齿轮和轴的结构

风力发电机组运转环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下所具有的材料特性，如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。对齿轮和轴类零件而言，由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计，一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内，都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时，由于齿轮与轴之间的连接所限，常制成轴齿轮的形式。

为了提高承载能力，齿轮、轴一般都采用合金钢制造。外齿轮推荐采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA等材料。内齿圈和轴类零件推荐采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。采用锻造方法制取毛坯，可获得良好的锻造组织纤维和相应的力学特征。合理的预热处理以及中间和最终热处理工艺，保证了材料的综合机械性能达到设计要求。

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。通常采用最终热处理的方法是渗碳淬火，齿表面硬度达到HRC60+/-2，具有良好的抗磨损接触强度，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，而通常对齿部的最终加工是采用磨齿工艺。

加工人字齿的时候，如是整体结构，半人字齿轮之间应有退刀槽；如是拼装人字齿轮，则分别将两半齿轮按普通圆柱齿轮加工，最后用工装将两者准确对齿，再通过过盈配合套装在轴上。

齿轮加工中，规定好加工的工艺基准非常重要。轴齿轮加工时，常用顶尖顶紧两轴端中心孔安装在机床上。圆柱齿轮则利用其内孔和一个端面作为工艺基准，用夹具或通过校准在机床上定位。

在一对齿轮副中，小齿轮的齿宽比大齿轮略大一些，这主要是为了补偿轴向尺寸变动和便于安装。为减小轴偏斜和传动中弹性变形引起载荷不均匀的影响，应在齿形加工时对轮齿作修形处理。

齿轮与轴的联接

平键联接常用于具有过盈配合的齿轮或联轴器与轴的联接。

花键联接通常这种联接是没有过盈的，因而被联接零件需要轴向固定。花键联接承载能力高，对中性好，但制造成本高，需用专用刀具加工。

过盈配合联接过盈配合联接能使轴和齿轮（或联轴节）具有最好的对中性，特别是在经常出现冲击载荷情况下，这种联接能可靠地工作，在风力发电齿轮箱中得到广泛的应用。利用零件间的过盈配合形成的联接，其配合表面为圆柱面或圆锥面（锥度可取1：30~1：8）。圆锥面过盈联接多用于载荷较大，需多次装拆的场合。

胀紧套联接利用轴、孔与锥形弹性套之间接触面上产生的摩擦力来传递动力，是一种无键联接方式，定心性好，装拆方便，承载能力高，能沿周向和轴向调节轴与轮毂的相对位置，且具有安全保护作用。国家标准GB5867-86对其所推荐的四种胀紧套的结构形式和基本尺寸作了详细的规定。

齿轮箱中的轴按其主动和被动关系可分为主动轴、从动轴和中间轴。首级主动轴和末级从动轴的外伸部分用于安装半联轴器，与风轮轮毂或电机传动轴相连。为了提高可靠性和减小外形尺寸，有时将半联轴器（法兰）与轴制成一体。

轴上各个配合部分的轴颈需要进行磨削加工。为了减少应力集中，对轴上台肩处的过渡圆角、花键向较大轴径过渡部分，均应作必要的处理，例如抛光，以提高轴的疲劳强度。在过盈配合处，为减少轮毂边缘的应力集中，压合处的轴径应比相邻部分轴径加大5%，或在轮毂上开出卸荷槽。装在轴上的零件，轴向固定应可靠，工作载荷应尽可能用轴上的止推轴肩来承受，相反方向的固定则可利用螺帽或其他紧固件。为防止螺纹松动，可利用止动垫圈、双螺帽垫圈、锁止螺钉或串联铁丝等。有时为了节省空间，简化结构，也可以用弹簧挡圈代替螺帽和止动垫圈，但不能用于轴向负荷过大的地方。

轴的材料采用碳纲和合金纲。如40、45、50、40Cr、50Cr、42CrMoA等，常用的热处理方法为进行调质，而在重要部位作淬火处理。要求较高时可采用20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi等优质低碳合金纲，进行渗碳淬火处理，获取较高的表面硬度和心部较高的韧性。

滚动轴承

齿轮箱的支承中，大量应用滚动轴承，其特点是静摩擦力矩和动摩擦力矩都很小，即使载荷和速度在很宽范围内变化时也如此。滚动轴承的安装和使用都很方便，但是，当轴的转速接近极限转速时，轴承的承载能力和寿命急剧下件下降，高速工作时的噪音和振动比较大。齿轮传动时轴和轴承的变形会引起齿轮和轴承内外圈轴线的偏斜，使轮齿上载荷分布不均匀，会降低传动件的承载能力。由于载荷不均匀性而使轮齿经常发生断齿的现象，在许多情况下又是由于轴承的质量和其他因素，如剧烈的过载而引起的。选用轴承时，不仅要根据载荷的性质，还应根据部件的结构要求来确定。相关技术标准，如DIN281，或者轴承制造商的的样本，都有整套的计算程序和方法可供参考。

计算的使用寿命应不小于13万小时。在安装、润滑、维护都正常的情况下，轴承运转过程中，由于套圈与滚动体的接触表面经受交变负荷的反复作用而产生疲劳剥落。疲劳剥落若发生在寿命期限之外，则属于滚动轴承的正常损坏。因此，一般所说的轴承寿命指的是轴承的疲劳寿命。一批轴承的疲劳寿命总是分散的，但总是服从一定的统计规律，因而轴承寿命总是与损坏概率或可靠性相联系。第五节齿轮箱的使用及其维护在风力发电机组中，齿轮箱是重要的部件之一，必须正确使用和维护，以延长使用寿命。

齿轮箱主动轴与叶片轮毂的连接必须可靠紧固。输出轴若直接与电机联接时，应采用合适的联轴器，最好是弹性联轴器，并串接起保护作用的安全装置。齿轮箱轴线与相联接部分的轴线应保证同心，其误差不得大于所选用联轴器的允许值。

齿轮箱安装后用人工盘动应灵活，无卡滞现象，齿面接触斑点应达到技术条件的要求。按照说明书的要求加注规定的机油达到油标刻度线，并在正式使用之前空载运转，此时可以利用电机带动齿轮箱，经检查齿轮箱运转平稳，无冲击振动和异常噪音，润滑情况良好，且各处密封和结合面不漏油，才能与机组一起投入试运转。

加载试验应分阶段进行，分别以额定载荷的25%、50%、75%、100%加载，每一阶段运转以平衡油温为主，一般不得小于2小时，最高油温不得超过80゜C，其不同轴承间的温差不得高于15゜C。

齿轮箱的润滑

齿轮箱的润滑十分重要，良好的润滑能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用。为此，必须高度重视齿轮箱的润滑问题，严格按照规范保持润滑系统长期处于最佳状态。齿轮箱常采用飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。因此，配备可靠的润滑系统尤为重要。电动齿轮泵从油箱将油液经滤油器输送到齿轮箱的润滑管路，对各部分的齿轮和传动件进行润滑，管路上装有各种监控装置，确保齿轮箱在运转当中不会出现断油。

在齿轮箱运转前先启动润滑油泵，待各个润滑点都得到润滑后，间隔一段时间方可启动齿轮箱。当环境温度较低时，例如小于10゜C，须先接通电热器加机油，达到预定温度后才投入运行。若油温高于设定温度，如65゜C时，机组控制系统将使润滑油进入系统的冷却管路，经冷却器冷却降温后再进入齿轮箱。管路中还装有压力控制器和油位控制器，以监控润滑油的正常供应。如发生故障。监控系统将立即发出报警信号，使操作者能迅速判定故障并加以排除。

对润滑油的要求应考虑：1）减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合；2）吸收冲击和振动；3）防止疲劳点蚀；4）冷却，防锈，抗腐蚀。不同类型的传动有不同的要求。风力发电齿轮箱属于闭式齿轮传动类型，其主要的失效形式是胶合与点蚀，故在选择润滑油时，重点是保证有足够的油膜厚度和边界膜强度。因为在较大的温差下工作，要求粘度指数相对较高。为提高齿轮的承载能力和抗冲击能力，适当地添加一些极压添加剂也有必要，但添加剂有一些副作用，在选择时必须慎重。齿轮箱制造厂一般根据自己的经验或实验研究推荐各种不同的润滑油，例如MOBIL632，MOBIL630或L-CKC320，L-CKC220GB5903-95齿轮油就是根据齿面接触应力和使用环境条件选用的。

在齿轮箱运行期间，要定期检查运行状况，看看运转是否平稳；有无振动或异常噪音；各处连接和管路有无渗漏，接头有无松动；油温是否正常。定期更换润滑油，第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，以后的换油周期为每运行5，000-10，000小时。在运行过程中也要注意箱体内油质的变化情况，定期取样化验，若油质发生变化，氧化生成物过多并超过一定比例时，就应及时更换。

齿轮箱应每半年检修一次，备件应按照正规图纸制造，更换新备件后的齿轮箱，其齿轮啮合情况应符合技术条件的规定，并经过试运转与负荷试验后再正式使用。第六节齿轮箱常见故障及预防措施齿轮箱的常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和渗漏油、油温高等。

一、齿轮损伤

齿轮损伤的影响因素很多，包括选材、设计计算、加工、热处理、安装调试、润滑和使用维护等。常见的齿轮损伤有齿面损伤和轮齿折断两类。

（一）轮齿折断（断齿）

断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹扩展的情况和断齿原因，断齿可分为过载折断（包括冲击折断）、疲劳折断以及随机断裂等。

过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有突然冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。断齿断口有呈放射状花样的裂纹扩展区，有时断口处有平整的塑性变形，断口副常可拼合。仔细检查可看到材质的缺陷，齿面精度太差，轮齿根部未作精细处理等。在设计中应采取必要的措施，充分考虑预防过载因素。安装时防止箱体变形，防止硬质异物进入箱体内等等。

疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下，从危险截面（如齿根）的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断。在疲劳折断的发源处，是贝状纹扩展的出发点并向外辐射。产生的原因是设计载荷估计不足，材料选用不当，齿轮精度过低，热处理裂纹，磨削烧伤，齿根应力集中等等。故在设计时要充分考虑传动的动载荷谱，优选齿轮参数，正确选用材料和齿轮精度，充分保证加工精度消除应力集中集中因素等等。

随机断裂的原因通常是材料缺陷，点蚀、剥落或其他应力集中造成的局部应力过大，或较大的硬质异物落入啮合区引起。

（二）齿面疲劳

齿面疲劳是在过大的接触剪应力和应力循环次数作用下，轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤，其表现形式有早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落、和表面压碎等。特别是破坏性点蚀，常在齿轮啮合线部位出现，并且不断扩展，使齿面严重损伤，磨损加大，最终导致断齿失效。正确进行齿轮强度设计，选择好材质，保证热处理质量，选择合适的精度配合，提高安装精度，改善润滑条件等，是解决齿面疲劳的根本措施。

（三）胶合

胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上的金属的现象，很可能是由于润滑条件不好或有干涉引起，适当改善润滑条件和及时排除干涉起因,调整传动件的参数，清除局部载荷集中，可减轻或消除胶合现象。二、轴承损坏

轴承是齿轮箱中最为重要的零件，其失效常常会引起齿轮箱灾难性的破坏。轴承在运转过程中，套圈与滚动体表面之间经受交变负荷的反复作用，由于安装、润滑、维护等方面的原因，而产生点蚀、裂纹、表面剥落等缺陷，使轴承失效，从而使齿轮副和箱体产生损坏。据统计，在影响轴承失效的众多因素中，属于安装方面的原因占16%，属于污染方面的原因也占16%，而属于润滑和疲劳方面的原因各占34%。使用中70%以上的轴承达不到预定寿命。因而，重视轴承的设计选型，充分保证润滑条件，按照规范进行安装调试，加强对轴承运转的监控是非常必要的。通常在齿轮箱上设置了轴承温控报警点，对轴承异常高温现象进行监控，同一箱体上不同轴承之间的温差一般也不超过15゜C，要随时随地检查润滑油的变化，发现异常立即停机处理。三、断轴

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1风电设备型式的演化

齿轮箱存在的主要问题是噪声、磨损、功率损耗、维修、油污等,特别是在高达百米的高塔上作业,频繁地进行维修、更换部件,使厂家不堪承受,目前尚无保证其寿命的成熟技术。然而,为了达到更高的速比,使用多级齿轮箱更适宜。单级齿轮箱的速比选为6,齿轮箱功率损耗与速度成比例,三级齿轮箱损耗功率是额定功率的3%,单级是额定功率的1.5%。从1991年开始,推出无齿轮箱发电机系统,即所谓的直驱式发电机,主要是为了避免齿轮箱故障和减少维护量。为了和电网联接,这种风电设备还需要一个全功率电力电子变流器。然而配套的低转速、高转矩发电机和全功率变流器是相当贵的,因此,那时大多数采用直驱式直流或交流电励磁的发电机,后来推出永磁钢励磁,从而消除了励磁损耗。为了增加功率和降低转速,直驱式发电机变得越来越大和更加昂贵,为此提出了采用一个单级齿轮箱(速比为6或者更高)的装置,这一系统虽然仍有带齿轮箱、直驱式系统昂贵的发电机及全功率变流器等缺点,但与直驱式系统相比,它可以使发电机成本降低,效率提高。这个系统发电机的转矩仍然相当高,转速相当低,拥有一个大的直径和气隙,就有大的励磁电流和高的损耗。然而,变流器的额定容量可以降到30%,从成本和效率方面占有优势。这种单级齿轮箱的使用,使得整机外形尺寸显著缩小。

2风轮机特性

2.1功率P=(1/2)QCr2v3(1)式中:P为功率,MW;Q为空气密度,kg/m3;r为转轮半径,m;v为风速,m/s;C为功率系数,即空气动力效率,%;d为叶尖速比,叶尖周速/风速;a为桨叶节距角。2.2主要参数以P=3MW,额定转速为15r/min,额定风速v=12m/s,平均风速…v=7m/s,转轮直径为90m,最优叶尖速比8,最大空气动力效率(转轮)为48%,空气密度Q=1.225kg/m3为例进行结构布置方案对比。

3结构布置方案对比

研究了五种风力发电机系统,即带三级齿轮箱的异步发电机、直流电励磁的直驱式同步发电机、直驱式永磁发电机、带单级齿轮箱的永磁发电机以及带单级齿轮箱的异步发电机,其主要技术经济指标见表1。3.1带三级齿轮箱的异步发电机极对数选择3,转速为1000r/min,齿轮箱增速比为80,发电机的额定转速为1200r/min,气隙4.2mm,铁心长0.75m。这个系统中齿轮箱的损耗是主要的,大约占总损耗的70%。3.2直驱式直流励磁同步发电机从电磁观点考虑,大气隙尺寸更好,但是机械设计、结构和运输更加困难。5mm的气隙尺寸是折中方案。两极电机,每极每相槽数是2。这个值增加时使发电机更重更贵,这是因为增加了端部绕组和轭部的尺寸。这个值减少时将导致励磁损耗明显增加,特别是在部分负载时。这个系统损耗主要是定、转子中的铜损。使用更多的材料可以降低铜损,但发电机变得更加昂贵。铁耗是小的,低于系统年损耗的5%。使用损耗大的叠片铁心结构几乎不影响性能。3.3直驱式永磁同步发电机气隙本身尺寸选择为5mm,也是折中方案(原因同上)。发电机采用4极,与/直励-同步0方案相比,极数加倍,这是为了减少去磁作用,减少轭部和端部绕组的尺寸。由于使用了永磁铁,并不像/直励-同步0那样会增大励磁损耗。发电机结构成本比电流励磁发电机更小。变流器的损耗是其中最大的损耗。铁耗不能被忽略,在风速达到8m/s时,其损耗比铜耗大,并且发电机系统中超过15%年损耗是铁耗。3.4带单级齿轮箱的永磁发电机尽管带单级齿轮箱的异步发电机的速度比直驱式发电机高出很多,90r/min的额定速度还是有些低,因此发电机还是被造成大直径的环形电机。定子与转子之间的气隙选为3.6mm,以消除最重要的运输问题。在这个系统中,变流器和齿轮箱中的损耗是主要的。额定速度下发电机的铁耗与铜耗处于相同的数量级,这是由于采用84Hz的高频率造成。3.5带单级齿轮箱的异步发电机气隙为3.6mm,额定转速是90r/min(异步发电机本身是75r/min),极对数是40,每极每相槽数是2。在笼型异步发电机中,这将导致大的附加损耗,但是在绕线式转子异步发电机中,这是可以接受的。由于相当大的气隙和高的极对数,励磁电流相当大。为了使励磁电流减小到一个可接受的水平,槽是半闭口的,气隙可取2mm,这就需要有一个高刚度的轴承和支持结构。

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1.1齿轮箱的功能

常规的普通发电机组都需要达到一定的转速才能试运转发电，但是风力发电机的转速由于风力原因显然不高，所以风力发电机的风轮轴需要经过增速箱增速才能达到发电机的转速要求，而齿轮箱就是传递风轮动力并且使转速明显提升的关键设备。风轮的转速越低，齿轮箱的增速比要求也就越高，相应的复杂性、造价都会有很大的提升。所以齿轮箱是希望风轮的转速越高越好的。但是现在国际上风力发电的基本趋势是风轮为三叶片，而且叶越来越长，风轮的半径越来越大，这就要求了齿轮箱的技术越来越复杂与精密。

1.2齿轮箱技术现状

我国的风力发电机组的相关技术是从国外引进并发展的，但是从国外引进的相关技术中并没有风力发电齿轮箱的相关制造技术，所以我国的风力发电齿轮箱制造技术没有实际的技术借鉴，全靠研究人员按照电机组的技术规范自行研究和制造，所以齿轮箱制造技术不算很高。另一个尴尬的现实是，我国对风力发电的技术研究起步很晚，国内缺少对于风力发电技术特别精通的相关专业人才，相关的教育基础也比较低，种种原因都限制了我国的风力发电齿轮箱制造技术的快速发展。现在的齿轮箱产品离满足市场需求还有很长的路要走。

2、齿轮箱生产工艺

2.1齿轮箱生产的常见困难

目前我国生产的齿轮箱大多数都会遇到相同的困难，这些常见的困难有：

（1）轴承的使用寿命问题。齿轮箱的轴承属于高损耗的部件，国内生产的轴承大多数使用寿命低于平均水平，容易过早的疲损。

（2）齿轮箱的设计计算方法拙计。国内的齿轮箱因为成本的考虑大多数使用直齿，而国外先进的生产厂家大多数使用斜齿，而且精度也足够。

（3）齿轮的原材料问题。国内的材料质量稍逊于国外，而且仿制的齿轮箱在加王锐张旭沈阳鼓风机集团风电有限公司辽宁沈阳110869工水平上也明显不如原厂。国内的实际情况也决定了从国外引进的技术并不是全部适合，因此齿轮箱的制造必须自主设计研发，包括材料、工艺等。

2.2齿轮箱的生产工艺

2.2.1部件。齿轮箱由多个部件构成，其中的一些关键部件严重影响齿轮箱的寿命和质量问题，在制造是应该给与一些部件重点关注。首先是齿轮。涉及齿轮的过程中要尤其注意减速传动和增速传动的差异，变位系数的选定必须考虑到降低滑差，然后参考实际需要设计齿向和齿廓。内齿圈轮缘厚度要3倍于模数，外齿轮以渗碳淬火配合磨齿，齿轮精度要求不低于6级。另外齿轮的计算问题要尤其重视，齿轮的疲劳强度要参考实际使用时候的载荷谱在经过详细的计算才能获得，齿轮的工作载荷很难确定，而且工作中的变化很多，致使计算工作很复杂。然后是轴承。和齿轮类似，因为风力工作环境的不确定性和载荷难以控制的问题，风力发电机轴承非常脆弱。这就要求了齿轮箱在设计的时候要注重轴承的类型选择以及润滑措施的制定，重点研究提升轴承的使用寿命。

2.2.2工艺改进。传统的齿轮箱的制造工艺流程分为锻造、正火、高温回火、粗加工、去毛刺清洗、渗碳淬火、清理抛丸、磨齿、检验等步骤。这种传统的齿轮箱适合船舶等高安全系数的制造中，但是近些年在一些从国外引进的某些产品或者某些科技前沿的产品中使用时发现了容易失效的问题。而近些年出现了一些改进之后的工艺流程，改进后的工艺流程分为锻造、正火、高温回火、较高精度粗加工、去毛刺清洗、预热、重行奥氏体化渗碳淬火、清理抛丸、少余量缓进给磨齿、检验等步。这一工艺流程比较符合国产化的齿轮箱的制造现状，该工艺过程提高了粗加工精度，增加了渗碳前的预先热处理工艺，这是为了减少渗碳淬火过程的变形并减少磨削余量。磨削过程中了采用少余量缓进给磨削，使齿面保留较大的压应力状态并提高精度与粗糙度。采用重行奥氏体化渗碳淬火工艺能够提高齿轮的耐磨性和承载能力。

2.2.3工艺参数设计。齿轮的承载能力非常重要，所以工艺参数要仔细选定。渗碳层的含碳量除只有存在严重的冲击载荷时才需要考虑低周疲劳问题。在渗碳工艺中经过对工厂成本和渗层内氧化现象的综合考虑之后，含碳量应该在0.77到1个百分点之间。表面碳浓度过高可能会导致表面出现大量碳化物和残余奥氏体的情况，但是低的含碳量却有可能造成贫碳的非马氏体组织，这两种情况都会降低齿轮的接触疲劳性能。接着，渗碳温度提高会使齿轮的加工时间变短，既提高生产的效率，也能有效降低成本，但是同时这也可能导致变形加大、渗层不均的问题；但是温度过低、保温时间长则会导致成本的提升。淬火温度的提高则会很明显的影响表面组织和芯部硬度。淬火温度和渗碳温度需要考虑具体的原材料性能来决定才能使效果达到最佳。

3、结语

组齿轮箱范文篇5

1动力头设计

1.1技术参数

TR180旋挖钻机动力头采用力士乐液压马达，液压马达输出的转矩和转速通过减速机减速增扭后传递到齿轮箱，齿轮箱内的减速齿轮进行二次减速，输出的大扭矩和低转速驱动钻杆和钻头回转，并提供钻孔所需的加压力、提升力实现钻孔作业。

1.2外形结构

TR180旋挖钻机动力头主要由齿轮箱传动系统、滑动支架总成和缓冲装置组成。

1.3齿轮箱传动系统

齿轮箱传动系统主要包括减速齿轮、传动套、回转支承等。动力头部件中的齿轮传动装置在工作中主要传低速重载扭矩，提高动力头驱动齿轮的承载和过载能力是提高旋挖钻机入岩旋挖能力的关键。TR180减速主动齿轮材料选用20CrMnTi，从动齿轮选用40Cr。根据要求的齿轮传动比，为保证主动齿轮的强度，利用专业齿轮设计软件，通过粗选、精选、优化，选取一组合适的齿轮参数。动力头传动套为圆筒带外部法兰结构，主要由法兰安装的从动轮输入功率，通过3根键条与钻杆的接触输出功率。传动套采用整体铸造，材料选用ZG270-500，许用应力为270MPa。利用ANSYS软件模拟分析可知，传动套的最大应力出现在法兰与圆筒的过渡处，为61.371MPa，小于材料的许用应力。回转支承主要承受传动套齿轮的重量、钻进时动力头加压的压力及齿轮啮合产生的径向力。根据标准JB/T2300-1999《回转支承》及传动套的尺寸，选用单排四点接触球式、型号为010.30.710的回转支承，并按承载角45°和60°两种情况进行静态选型，计算结果表明承载角45°的回转支承满足使用要求。

1.4滑动支架总成

滑动支架的功能是支承齿轮箱重量，承受钻杆冲击力以及动力头输出的回转扭矩，传递加压力和提升力，并能沿导轨上下移动。滑动支架由滑动架和支架构成，动力头通过滑动架上的滑架压板在钻桅导轨上滑动，滑架压板通过螺栓和滑动架相连。滑架压板属于焊接结构件，选用材料时需考虑零件的强度，同时也要考虑材料的焊接性。为降低加工难度，同时提高滑动架的结构刚度，将滑动架的截面结构由折弯板设计为面板搭筋板的结构。

1.5缓冲装置

动力头缓冲装置位于齿轮箱的上方，通过传动套与齿轮箱相连。缓冲装置可以有效缓冲钻杆在竖直方向对动力头的冲击，同时传动套内的键条可以对钻杆进行导向作用，有效地保证了钻杆的竖直度及成孔的直线度。缓冲装置主要包括底板、限位杆、导杆和弹簧及其他结构件。导杆与限位杆的材质及热处理方式相同，限位杆的长度根据弹簧的试验行程确定，限位杆顶端放置有限位垫，用以保护弹簧。

2动力头结构强度校核

根据动力头的实际使用情况：液压马达输入，通过行星减速机→输入齿轮轴→从动齿轮→传动套→钻杆的顺序传递功率，输出端承受的扭矩最终通过齿轮传递到输入端。动力头结构受力计算按以下要求进行：对动力头滑架压板侧施加固定约束，运行当中主动轮与从动轮的相互作用力，同时考虑轴向载荷分配，在各轴承座及行星减速机输入端施加载荷，利用ANSYS软件的Workbench模块进行模拟加载、运算，对动力头的外部结构进行强度校核。

3结语

本文通过对TR180动力头齿轮箱传动系统，滑动架总成及缓冲装置的研究和分析，成功完成了TR180旋挖钻机动力头的设计及试制。新开发的TR180动力头将填补我公司动力头系列产品的空白，从而更加丰富动力头产品的型谱。

作者:陈聪聪杨亿单位:株洲市九洲传动机械设备有限公司

第二篇

1结构设计方案

动力头作为全液压钻机的重要组成部件自然也需优化和完善，除了要选用优良原件之外，在结构设计方面也应进行改良，达到整体优化效果。根据该设备动力头实际功能需要，在对设备性能参数进行分析研究的基础之上，动力头结构的优化设计方案主要如下:

①选用排量在23～80mL/r的马达，根据性能参数要求以斜轴式变量马达最优，该马达输出转速范围变化大，可以每分492～1712转的范围内进行变化，能够实现正反转，并通过液控阀来对实现对油液的控制。

②在进行减速箱设计时，根据其最大输出转矩及输出转速，将其结构定为传动减速式，设计传动比在4以上。

2结构重点部件设计

2．1卡盘设计

本次设计选用的卡盘为常闭式，这种卡盘有活塞外壳、推力球轴承、卡瓦等多个零部件构成。当有高压油注入的时候，活塞腔便会产生推力，进而使卡瓦套等部件开始运动，移至左侧会有压缩蝶形弹簧。由于该种卡盘的卡瓦套在结构设计时，其斜面设置了T型槽，它会使卡瓦向外移动，这样卡瓦就会摆脱原有的被夹紧状态。在回油时，其具体操作原理同上述相反。设计选用该种卡盘，主要原因有:

①夹紧力比较稳定，设备整体结构紧凑，使用性能较高。

②方便更换卡瓦，特别是在井下施工时不会造成太大麻烦，便于施工。

③能够优化主轴受力情况。

④轴承负荷不大，施工时能有效保证良好工况。

2．2齿轮系设计

齿轮是动力头重要组成，它的性能影响着整个结构设计的成败。齿轮在传动过程中有时会出现失效状态，其原因是齿轮出现坏损。鉴于此，想要达到优化目的，务必要制造高性能齿轮，以保证其具有良好的应力。本文在进行设计时，选择了20CrMnTi，以此作为原料来制作齿轮。根据设计图纸，采用上述材料进行齿轮设计时，采用几何模型对其实体进行创建，以此为基础划分单元格来进行制造。

2．3传动系统设计

齿轮用于传动系统，因此制作完成齿轮之后，要对动力头的传动系统进行整体优化，以保证动力头性能达标，体积大小符合标准。根据设计要求，动力头结构一定要满足液压钻机整体性能参数，同时设计还要考虑质量问题，以方便设备移动。本次设计决定选择一级斜齿轮进行系统运作。其传动路线为:从马达经由轴齿轮到主轴齿轮最后至主轴。

2．4箱体设计

设计初期，首先要选择箱体的材料，然后决定箱体加工方式。为了确保动力头强度达标，本次设计决定以铸造法对箱体进行加工，主要是由于该种方法制作出来的箱体结构稳定，具有很好的强度性能。在进行尺寸设计时，注意轴承前后距离，保证齿轮间距精度。为达到优化效果，设计过程中可利用仿真模型来对箱体进行三维设计。

3设计要求及装配要点

进行结构设计时，首先要考虑到动力头的反转情况，因为一定的反转速度有利于处理突发事故，有时也能满足特殊工作需要。其次，为达到钻进工艺标准，设计动力头时不能将转速与转矩固定，需要有相应的可调试范围以适应不同工况。第三，齿轮与轴承部位要保证润滑且注意动力头回转时能保持平衡，避免震动幅度过大，务必保证平稳。对此，为达到设计要求，在进行结构装配时要注意以下事项:首先，掌握好齿轮、主轴位置关系，同时控制好键与键槽间距。如果间距过大很容易由于冲击力造成异响，从而损坏设备槽部件;其次，掌握好轴承游隙，尽量控制其不高于0．15mm，同时也不低于0．10mm。主要是由于游隙松，噪音大;游隙紧，会造成轴承热量过高。最后，掌握好齿轮间距，从而防止齿遭到冲击，减少噪音，以避免齿轮坏损或切根现象出现。

4结语

组齿轮箱范文篇6

关键词:桥式叶轮给料机;常见故障;分析;处理

1常见的故障及原因分析

(1)叶轮给料装置主要部件伞齿轮箱特别容易损坏:原伞齿轮箱立轴上端轴承为水平方向安装，无储油装置，运转时，润滑油、脂容易下落，造成轴承缺油损坏;且仅有密封环一道密封装置，而立轴上端盖是直接接触物料，物料和粉尘常由密封盖环经上端轴承进入齿轮箱内，引起上端轴承缺油和油品污染而导致伞齿轮箱损坏;另外横轴两只原使用轴承的型号为32220圆锥滚子轴承，运转时产生的轴向力较大，且两只轴承分布的间距较短，仅为190mm，导致联轴器至横轴前端轴承间距为588mm;由于以上结构，横轴轴承极易损坏，轴向力过大极易挤坏端盖，横轴也常因扭力过大而变形、弯曲，从而导致伞齿轮箱损坏。(2)动力电源易断相、缺相:设备原有供电方式是滑触线，其动力电源及控制电源均是利用集电器从滑触线上取得，由于滑触线裸露，地坑潮湿且粉尘较大，加上行车轨道不平、弯曲等因素，导致集电器触头与滑触线接触不良，而且集电器容易脱落，经常造成给料机动力电源缺相、断相;另外，由于操作柜安装在给料机机架上，受现场潮湿环境和粉尘的影响，电气元件容易积灰、失效，均会导致电机或控制线路烧坏。(3)电机易坏，且调速和保护不可靠:原设备使用的滑差电机是由交流三相异步电动机、无滑环滑差离合器和测速发电机组成，测速发电机与滑差离合器输出轴共轴。同样由于卸料地坑工作环境差，粉尘较大，加之滑差电机外密封不好，粉尘直接进入滑差离合器内，经常造成轴承和滑差部分卡死甚至损坏;而且，滑差电动机离合器的励磁电源，是采用可控硅整流电源供电，使之实现宽幅无级调速，也因为粉尘较大，粉尘从接线盒进入测速发电机，造成测速反馈电路的反馈信号失真，从而直接影响了升、降速的准确性和可靠性，极易造成叶轮部分在因物料粒度大，遇到较大阻力时，无法及时对机械部分和电气部分形成保护跳停，而造成传动减速机或伞齿轮箱等损坏。

2整改方案及措施

(1)由于叶轮传动部分伞齿轮箱设计上存在诸多缺点，因而我们着重针对以上故障原因制定解决方案，主要包括以下三个方面:①为解决立轴端盖防灰密封不好以及上端轴承润滑不好而导致立轴轴承损坏等问题，我们对伞齿轮箱图纸做了较大修改，要求制造厂家按修改后的图纸技术要求重新制作伞齿轮箱。首先，对立轴上端轴承下部加装储油盘，防止润滑脂在立轴转动时掉落而引起轴承缺油，储油盘立边上端同壳体上盖保持约3mm间隙，确保不摩擦壳体，壳体轴承外圈位置对应加工两孔，攻丝并安装注油嘴，分别用于润滑脂的添加和多余润滑脂的排出，使轴承得到有效润滑，不因缺油而损坏轴承;其次，将迷宫密封端盖的沟槽加深，较大物料颗粒进入，另外在端盖迷宫槽的内侧再安装两道骨架油封，防止细小粉尘由迷宫密封端盖经立轴上端轴承进入箱体，污染润滑油品而引起齿轮箱损坏。②同样，为解决横轴因轴承型号使用不当，且轴承分布尺寸不对，导致横轴联轴器端因扭力过大而弯曲等故障，在保持伞齿轮箱体高度、壳体直径不变的情况下，将伞齿轮箱壳体横轴安装轴承位置加长，使横轴轴承间距由原来190mm增加到283mm，并且将原有两只32220圆锥滚子轴承改为23220调心滚子轴承，另外在靠联轴器端加装一只32220圆锥滚子轴承，以增大横轴的抗负荷能力和降低大、小伞齿轮啮合运转时对端盖产生的轴向力，防止轴承及端盖损坏;由于横轴轴承端位置加大，从而使联轴器到横轴前端轴承间距由580mm相应减少到415mm，达到有效防止横轴因不能承受足够扭力而变形的目的。③横轴端盖的密封装置也改用上述立轴端盖同样的密封方式，防止粉尘进入横轴轴承箱体内。(2)为提高供电和电气控制可靠性，将动力供电电路改为随行电缆供电，采取将动力电缆和视频监控线缆固定在导轨上滑行的12只小滑车上，随着叶轮给料机滑行，动力电源由地面操作室内变频控制柜直接送到电机;原控制系统改为变频控制并移至地面操作室，变频控制柜和操作柜由现场改为远程，通过增设视频监控系统在地面操作室内操作台对现场给料机运行实现远程监控和操作，从根本上消除了因集电器与滑触线接触不良、地坑潮湿、粉尘大以及集电器脱落带来的电源缺相、断相和控制柜电气元件失效等原因而造成的电机烧坏事故。(3)由于滑差电机在运行中存在启动电流大、不能长时间低速运转、滑差离合器和测速发电机部分易坏，影响调速及对机械部件保护的可靠性等缺点，而且滑差电机结构复杂、体积大，维修起来比较困难，因而改用调速范围广、运行比较稳定、维修操作方便的YVF2系列变频调速电机替代滑差调速电机。通过变频调速控制，降低电机启动和运行电流，有效保护伞齿轮箱、减速机等传动机械和电机，达到节能、降耗、提高设备稳定性的目的。目前我们使用的变频控制柜为广州宝米勒电气有限公司生产的MC200G系列，设定保护电流比正常取料运行时最大电流高10－15A。

通过以上措施和方法，有效消除了叶轮给料机运转时存在的诸多故障隐患，通过近一年的使用情况来看，原来频发的设备故障得到了控制，设备的可靠性得到提高，使生产过程中困扰多年的瓶颈问题得到了根本解决。

作者:饶兵 单位:江西万年青水泥股份有限公司

参考文献

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小龙水电站最大水头6．31m，额定水头5．0m，最小水头3．0m，根据运行水头适合的机型有竖井贯流式和灯泡贯流式，但是，竖井贯流机组与灯泡贯流机组各具有其特点。小龙水电站工程在初步设计中推荐采用灯泡贯流式机组。但在施工设计阶段，遇到了诸多困收稿日期:2015-03-16难，比如:水轮发电机组采购时，由于机组运行水头超低、转速低、发电机尺寸大、生产周期长、制造难度大、交货时间不能满足电站的施工工期要求，同时大件运输也较困难等。于是对竖井贯流式和灯泡贯流式两种机型主要性能参数进行比较。由表1参数可知，在超低水头、相同同出力条件下，灯泡贯流式转轮直径比竖井贯流式大0．3m，转速低15%，水轮机重量多12%，水轮机流道尺寸也略大。水轮机最大起吊重量多12%，厂房起吊高度增加5%。而竖井贯流式发电机增加了一套变速系统，但发电机的重量仅是灯泡机的1/4，故机组重量轻。对发电机而言，若选用灯泡贯流式机型，按照水轮机参数，发电机转速为65．22r/min，转子磁极数为92个。根据电磁计算，发电机定子需选择450槽，发电机结构尺寸相对而言较大，其经济性指标明显下降，随之带来的是运输难度增大，发电机无法整体运输，灯泡头、锥体、定子机座等部件均需分瓣才能完成。同时，定子还需要在工地完成叠片、下线等工作，转子要采用叠片磁轭结构，也需在工地现场进行组装。从表中可以看出竖井贯流式机型，通过增设一个增速齿轮箱将发电机转速提高到750r/min，发电机结构尺寸大为减小，定子槽数减为了108槽，转子磁极数仅为8个，发电机可实现在制造厂总装配后整体运至工地。显然，给制造和运输都带来极大的方便。

2机型安装调试、周期的对比分析

由于灯泡贯流式机组结构紧凑，故安装工作要在狭小的空间里进行。而总体上这种机型，特别是对于尺寸较大的机组，其大部件刚性又相对较弱，这样，要满足机组重要部位设计精度的需要，其安装难度、调整工作量大、工作周期长是显而易见。但对竖井贯流式发电机组而言，情况则完全不一样，竖井贯流机组的发电机部分可在制造厂内进行总装，并在完成转动部件的静、动平衡试验后，如齿轮箱一样，整体运至工地可直接吊入竖井内就位后安装。另外，直锥尾水管的里衬在第一阶段安装，并作为后续工程的基准和支持面，导水机构在安装场预组装，待厂房土建工作结束后整体吊装就位，接着是安装主轴、转子、增速器和发电机，仔细地对中调直，使其在一条直线上，这样可大大减小安装场地，缩短安装周期。

3机型维护检修的对比分析

一般竖井外形除了迎水面做成圆弧形外，沿水面均为平面。灯泡贯流式机组发电机部分的维护工作较少，但维护操作则较为困难，发电机大修时流道需要进行排水，所需维修所需的时间较多。竖井贯流式机组发电机部分的维修操作则较为方便，不需要对流道部分实行排水。当然，增加了一个齿轮箱的维护，增速器一般指齿轮传动，需要我们对齿轮箱的选择给予足够重视，选用可靠的、高质量的产品，就完全可以将齿轮箱的故障率和机组总体噪音降到很低程度。由此看来，竖井机组也可以提高设备的运行可靠性和安全性，减少维护工作和费用。

4机型效率的对比分析

通常，人们可能认为竖井贯流式机组由于增加了一个齿轮箱，效率要比灯泡贯流式机组低。事实上，一台高质量的行星齿轮效率满负荷时效率约为99%，行星齿轮效率损失可从高速发电机的效率提高得到补偿。在做具体分析后，我们会发现，实际上两机型的效率几乎相差不大，祥见表2相关数据。由表2中两组数据可以看出，两种形式机组的综合效率相差不多。此外，竖井贯流式发电机还因无需采用强迫通风冷却，从而能有效减少厂用电负荷。

5两种机型价格的对比分析

两种机型的水轮机结构基本相同，制造过程也大致一样。但灯泡式水机转轮直径大，重量重，故竖井贯流式水轮机比灯泡贯流机的造价有明显优势。对发电机而言，竖井贯流式发电机转速较高，转动部件材料的机械性能要求比灯泡贯流机高，若仅从吨价来看，竖井贯流式发电机的吨价比灯泡贯流机高，但由于发电机转速的提高，发电机的总重量也大大减轻，加上增加的齿轮箱带来的投资，其发电机总体价格具有较大优势。若以灯泡贯流式机组的造价为100%，两种机型的价格统计分析见表3。从表3中可以看出，灯泡贯流机组的价格约是竖井贯流机组的1．187倍，竖井贯流机组实际采购价格比灯泡贯流机组约少2300万元，能节省电站的机电投资。

6建议

小龙水电站大功率竖井贯流机组已成功运行了6年，在近几年运行中发现了不少问题，根据此机组在应用中曾出现过的问题，笔者建议大功率竖井贯流机组应在以下几方面引起足够的重视:(1)水轮机，增速器、发电机的同轴度要严格按照设计要求进行安装;(2)增速器油泵控制系统中油温、油位及油压均要满足增速器运行要求，才允许机组启动;(3)增速器润滑油选用高质量、性能优的润滑油;(4)增速器选用品质优良，口碑好，售后好的厂商;(5)增速器振动情况的监察;(6)合理调整导叶紧急关闭规律、调速器轮叶协联关系以及调速器的关机时间和两段关闭拐点，减少反水锤对增速器推力轴承的冲击;(7)机组运行过程中增速器各部的油温，定期对增速器邮箱内的油质进行检查;(8)发电机集电环碳刷选用适宜高转速水轮机、硬度合适的产品。

7结语

组齿轮箱范文篇8

关键词：齿轮箱；柴油机；自动调节系统

船只整体具有能量运作的平衡性，船舶主控系统，在油料燃烧状态下，将会产生扭矩，在传动装置、螺旋桨共同作用下，将扭矩转化为推力，借助推力消除船体自身形成阻力，以此提升船舶运行速度。在船舶航行期间，船只、船桨之间存在相互作用，如若工况发生浮动，将会难以维持系统原有平衡性，由此造成其它方面的工况变化。

1船用齿轮箱减速比自动调节系统设计简述

1.1传动装置设计准确性需求

柴油机在实际运行期间，含有特定的工况运行范围。在标准工况情况下，柴油机运行效率较高，同时产生的耗油问题较低，由此能够最大化彰显柴油机功率运行价值。同理，螺旋桨含有运行的最佳工况，在此条件下，能够高效完成能量转换。由此发现：螺旋桨与柴油机两者在运行期间，如若能够形成最佳组合状态，能够提升燃料使用的最大化价值，为船舶经济获取带来更多可能性。螺旋桨、柴油机的协作运行，作为航运部门较为关心的话题。螺旋桨设计期间，应完成主机信号选择与设计，保障传动装置的设计准确性。

1.2减速箱添加必要性

一旦在船舶荷载的设计中，保持在设计状态，就会使得船、机、浆可以有效的配合，让船舶的营运的经济性实现最佳的状态。另一方面，在船舶的营运状态方面，经常发生着变化。在一些运营过程中，会出现超载、空载方面的问题。为此，就使得在实际的运行过程中，让主机需要保障处于一个合理的运行状态当中，避免出现运输经济性的下降。而为了处理这样的问题，就需要在实际的设计过程中，能够在传动装置当中安装一些多级或者无级减速箱。或者，也可以使用一些可调螺旋桨。在这样的设计下，就可以很好的在设计过程中，能够有效的利用基浆配合的方式，有效的实现技术的优化调整。让主机在运行的过程中，可以很好的回到额定的工况当中，让机浆实现良好的配合。另一方面，还需要保障在实际的设计中，可以有效的提升设计的合理性。但是，在当下众多的设计环节上，都采用的是操作人员的操作方式，依据船舶的大约载荷量，以及使用人工调节减速比的方式。但是对于这种方式的调节，就会导致在调节精度方面无法得到有效的控制，以此就无法实现良好的调节效果。

1.3控制系统设计的重要价值

对于当下的工况，始终无法实现动态追踪的效果。在这样的工作过程中，就需要保障在系统的构成中，需要安装一个可以位置随动控制的系统，以此对于这样的问题进行处理。在该系统当中，还要保障对该系统进行科学合理的数据信息处理，并基于检测的实际情况，提供一个较为可靠的控制信号，以此实现调速比的控制和优化，之后再对该位置进行反馈量方面的调节。

2自动调节系统的关注点

2.1船与浆的应用机制

对于安装有减速装置的推进系统而言，当下社会上是人们较为常用的一种类型。在实际的设计过程中，其系统构成原理并不复杂，在对船、机、浆的特征曲线进行变换处理之后，便可以很好的将其数据置于相同的坐标系当中，进而更加直观的反映出实际的工况。在对不同减速比的机浆工况进行分析中，就可以很好的利用这种曲线进行分析。另外，在实际的分析中，还可以很好的基于设计当中的工况，与减速比的螺旋桨推进特性，进行详细的比较分析。在受到了转速与扭矩的限制之后，就可以很好的分析每一个减速比的配合点合理性。在当下的分析过程中，需要对船舶在非设计荷载条件下的工况进行分析。在实际的分析中，设计荷载以及在轻载的设计中，形成的螺旋桨推进特征曲线方面，可以很好的在建立起来坐标系当中表现出来。另外，在这个坐标系的分析中，还可以很好的了解到，主机在这样的功率下，往往无法很好的发挥自身最佳的性能。为此，就可以得出，在船舶重载的时候，就需要速比进行提升，以此让齿轮箱当中的减速发生变化。

2.2减速比控制方案

在速比自动控制系统的构成上，是一种十分典型的位置随动系统。在该系统的运行中，本质上是电动液压的运行方式。为此，在实际的控制过程中，主要体现在测量装置得到了船舶的参数之后，就将参数传输到主控制器当中。之后，在对其内部计算机进行相应的预算，便可以对当下浆的推进特性实现确定。另一方面，还需要在分析的过程中，可以很好的利用速比的方式，对其位置进行有效的分析。而在该位置上，从齿轮箱操控杆反馈之后的位置进行比较后，可以很好的得出位置偏移控制信号。对于这种信号而言，可以很好的对动力装置控制器进行有效的控制。而在未来的使用过程中，就可以很好的利用这样的控制程序，实现控制的调节。2.2.1主控制器设计方法在该系统的运行过程中，其控制器是重要的核心组成部分。而在控制器当中，计算机对于外部信号进行处理之后，就需要马上将其传输到控制指令当中，并对当前船舶的工况，进行信号方面的调整。以此，在进行计算分析的过程中，可以依据下述的公式，进行计算分析。在这样公式当中，便可以推算出此时螺旋桨的实际转速。另一方面，对于船舶在运行的过程中，实际的参数并不稳定，就会使得对于阻力以及推力方面的计算，会受到一定程度的影响，为此出现一定的误差。以此，就要在实际的计算分析过程中，能够结合其实际情况，进行针对性的计算分析调整。保障在合理的计算方式下，能够让控制器当中的计算机，有效的开展各种计算工作。2.2.2液压动力装置的设计方法在液压动力装置当中，主要包含着油泵、电机、驱动油缸以及阀件等设备。而在主控制器当中，由计算为止量，以及反馈位置量的比较当中，对其偏移控制信号进行发出。以此，对于该信号而言，就可以很好的基于正确的流向，对其驱动油缸进行供油处理。之后，在让油缸当中进行活塞连杆操作，有效的推动连接的齿轮箱操纵杆，对其减速比进行改变。2.2.3其他减速比问题的调控方式首先，在实际的操作过程中，需要工作人员结合实际的情况，实现操作的灵活化调整。工作人员要对船舶的工况，进行详细的检测，之后再由人工输入的方式，进行合理的操作。其次，对于无极调速纸轮箱的操作上，为了避免在工作人员操作中，出现过于频繁的动作行为，就需要使用分级操控的方式，将原本的速比，合理的划分成不同的区域。为此，在形成的减速比当中，需要让系统可以很好的对其开展控制，以此控制减速比的变化。需要注意的是，在减速比在某一区域发生变化的时候，其系统不再发生动作。最后，该系统的主控制器，需要由工作人员安装在驾驶室当中，而液压装置则需要安装在机舱内部，这样就可以有效的在出现系统故障的时候，可以很好的让操纵杆与油缸断开连接。而对于轮机人员而言，则可以有效的基于驾驶室发出的指令，进行合理的操作。

3减速箱调节程序的日常维护措施

3.1日常维护流程

针对调节程序应有序落实日常维护工作，以此保障减速比处于有序调节状态。调节程序的日常维护流程为：系统检测，排查故障，故障有信息反馈时，进行故障进一步检测，获得故障信息，制定故障消除方案，开展故障针对性处理工作。如若无故障，正常运行调节程序。与此同时，在系统故障消除时，应采取在线故障消除法，以此维护系统运行的有序性。

3.2控制程序设备的日常运维工作

①日常清洁。日常运维人员应定期完成设备清洁工作，防止设备中沉积大量灰尘、混入不明物质等问题，维护设备运行能力，减少调节程序发生故障。②点检。日常运维人员，对船舶操控程序均应开展有序的检查工作，保障各程序运行无故障，同时将故障检测结果填写在当日工作检查表中，便于维修时查看系统运行信息，提升调节程序维修效率。③核对。运维组班长，应系统性检查每日检查表记录情况，针对实际存在的设备故障问题，开展故障消除会议，以期提升故障消除效果。同时将故障消除、消除方案等内容记录在系统检修日报中。④设备保养。运维人员，结合调节程序所用设备的使用情况，定期完成防腐处理、零件更换等工作，以此提升设备运行能力，降低设备故障发生可能性，最大化发挥调节程序的应用效能。⑤技术融合。在调节程序中，可添加控制、抗干扰、密码认证、安全防护等技术，以此构建安全的数据访问系统，保障减速比调控程序运作的稳定性，提升调控过程的抗干扰能力，加强系统安全性保护，增强系统功能完善性，为船舶安全运行提供技术支持。⑥人员专业性建设。运维人员应具备系统维护、设备保养、船舶运行三个系统的专业知识，以此提升减速比调节程序运维效果，增强运维人员处理调节程序突发故障的应对能力，保障船舶运行安全性。相关单位可为运维人员设计在线学习平台，完善系统运维小组的学习体系，同时采取专业科目的考核形式，获取运维人员专业性掌握程度。

4结论

综上所述，在本文的系统研究中，其理论上可以实现良好的效果。可以在投入使用的过程中，实现高精度和高控制的能力，以此让船舶可以让机浆实现良好的配合，以此也有效的提升了船舶具有的经济性。

参考文献：

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组齿轮箱范文篇9

1风电场运营管理的重要意义

在风电场的运营管理过程中，监测诊断技术的应用应注意四个方面的问题：（1）保证设备的运行安全，防止突发事件的发生；（2）保证设备的工作精度，提高产品质量；（3）实施状态维修，及时消除安全隐患；（4）减少设备事故带来的环境污染。风电场监测诊断技术若能得到科学合理的应用将具有重要意义：（1）加强风电场的运营管理，可以及时发现运营管理中的问题，并及时采取有效措施加以解决，有利于保证风电场生产工作的正常运行；（2）加强风电场的运营管理，能够在实践过程中不断克服运营管理的不足，提高运营管理水平；（3）加强风电场的运营管理，能够改善运营管理的各个环节，提高风电场的生产水平和综合效益。

2风电场运营管理存在的问题

2.1风力资源的预测技术低。风力资源是一种自然资源，具有“取之不尽，用之不竭”的特点。与此同时，风力的变化很快，预测起来比较困难。对风电场而言，如果能在生产的过程中对风力资源进行科学、准确的预测，将会给企业的运营管理带来巨大的帮助。但是从当前我国风电场对风力资源的预测来看，预测技术不足的短板体现得非常明显，存在许多不足之处。2.2设备故障维修能力不足。风电场的正常运行，离不开发电设备的保证。如果在发电设备运行过程中出现故障，则整个风力生产作业都会受到不同程度的影响。在日常的生产运行过程中，风电场设备管理人员应当加强对设备运行状态的观察，一旦有发生故障的迹象，立即采取相应措施加以防治。受专业水平、故障维修能力等因素的影响，风电场设备的故障预防及处理存在很多问题。比如，在线振动监测设备、防火监测设备在运行过程中出现问题，但是工作人员却没有及时察觉，设备的正常运行受到很大影响。2.3管理制度方面不完善。任何管理活动的顺利开展，都离不开完善的管理制度，管理制度的完善与否，直接关系到管理的效率和质量。不可否认的是，我国风电场的运营管理制度在近年来的发展过程中得到了不断的完善，为运营管理工作的实施提供了科学的制度保障。但是，随着新情况、新问题的不断出现，运营管理制度难以做到与时俱进，导致运营管理的效率和质量受到影响。

3监测诊断技术在风电场运营管理中的应用

目前，监测诊断技术已经应用于我国社会的各个领域中，如电力领域、水利工程领域、环境保护领域等。这些领域通过应用监测诊断技术，保证了生产的正常进行。风电场的运营过程中也应合理应用检测诊断技术，促进风电设备的安全、平稳运行。3.1监测诊断技术的含义。近年来，风电场运营管理过程中的检测诊断技术得到了显著的发展，这其中既有重视程度提升的因素，又有管理水平提高的因素，还有技术能力增强的因素。以往，风电场的运营管理通常只是关注对设备故障的诊断，在一定程度上忽视了对设备运行状态的监测。对于风电场而言，应用在其中的监测诊断技术应当监测和诊断并重，在实际的运行管理过程中，通过对设备运行是物理参数（如振动、噪声、温度、压力等）的变化情况的监测，工作人员根据监测情况进行分析并判断设备的运行状况，对可能出现的故障进行早期预报和识别，防患于未然，并及时采取处理措施。监测诊断技术的应用过程主要包括四个环节，分别是状态监测、信息采集、分析处理、故障诊断。状态监测是对设备运行状况的监测；信息采集是根据设备的运行状态采集各项运行参数；信息处理是通过信息技术对采集到的各项运行参数进行分析；故障诊断是根据信息分析处理的结果确诊故障，为以后的故障解决提供参考。监测诊断技术能够保证发电设备的正常运行。3.2监测方式及其作用。对于风电场而言，风电设备的状态监测非常重要，缺少对风电设备的状态监测，很容易导致风电设备的运行出现问题。目前，越来越多的风机生产商及业主越来越重视对风电设备的状态监测。除了风机运行的核心参数之外，越来越多的风机已经将搭设振动、齿轮箱振动、发电机振动的状态进行采集并提供超量报警，甚至实现连锁停机。对于一些购买时没有加装设备参数监测系统的设备，在购入之后应当由相关技术人员进行加装，使设备具备状态监测功能。若风电设备在运行的过程中，参数达到预警界定值，则监测系统就会发挥出应有的作用，工作人员根据警报及时进行运行状态的检查，如果故障发生立即停止运行，防止因为监测不及时给企业带来巨大的损失。3.3监测的重点部位。风电设备的主要机组类型有双馈型机组和直驱型机组。不管是哪种机组，振动监测都是监测诊断技术的重点监测内容之一。通常情况下，双馈型机组的故障主要发生在齿轮箱，监测诊断技术在对双馈型机组进行作业时，要重点对齿轮箱的振动情况进行监测，从而找出齿轮箱故障出现的原因。众所周知，风力资源的稳定性非常差，这就使得风电机组传动系统承受大量的交变和冲击荷载，传动系统经常会出现故障，齿轮箱的故障发生率特别高。对于双馈型机组齿轮箱故障问题的诊断，应当从油品、振动等方面出发，找出故障所在，及时加以解决。3.4基本参数及故障特征参数。为了更好地对风电设备基本参数及故障特征参数进行研究，本文以某风电场以风电设备为例进行探究。如图1所示，c、p、r、s分别为行星架、行星轮、内齿圈和太阳轮；Z1、Z2、Z3、Z4分别为低速轴大齿轮、中速轴小齿轮、中速轴大齿轮和高速轴小齿轮。掌握各项参数，有利于振动监测工作及故障诊断的开展。以北方某风电场为例，2010年，多台风电设备经常性出现报警的情况，并且还多次出现连锁停车，导致发电量受到了非常大的影响，降低了企业的经济效益。经过多次故障排查之后，工作人员都认为风机处于正常运行的状态。经过监测诊断系统传回来的数据发现，振动监测板卡漏装紧固螺栓造成板卡局部机械共振，板载振动传感器采集到该振动信号，监控系统发出报警。由此不难看出，对于一些细微之处，监测诊断技术的应用往往可以起到画龙点睛的作用，帮助工作人员顺利找到故障的发生部位及原因。3.5风电设备诊断的方法。监测诊断技术在对风电场分的概念设备进行诊断的时候，可以利用相关专业软件计算风力发电传动部件特征参数。现阶段，业内有人研制出一款用于对风电设备进行故障数据信息采集的系统——HG8800S系统。该系统可以柔性地创建16根轴以上，同时还有数十个轴承和数十个齿轮。在使用该系统时，将风电设备的基本各项参数信息（如齿轮齿数、轴承型号等）录入系统，系统可以对录入进来的参数数据信息进行分析和处理，然后根据振动监测信号及相关资料信息自动分析设备的故障特征信息，对故障的类型及其严重程度进行分析。这在很大程度上提高了设备故障信息分析与处理的效率，也提高了风电设备监测诊断的质量，从而保证风电设备的正常运行。

4结语

总而言之，风力发电在发电行业中的影响力越来越大，提高风力发电的水平，其实质就是提高发电行业的发电水平。在风电场日常的生产管理中，发电设备的运营管理非常重要，提高发电设备的运营管理水平，可以在很大程度上提高风电场的生产经营效益。监测技术应用在风电场运营管理中是一种非常有效的提高运营管理水平的手段，能够及时发现发电设备运行中存在的问题，从而及时采取措施解决故障。

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组齿轮箱范文篇10

关键词:发电设备;风力发电;无损检测技术;红外热像无损检测

各国大力发展新能源事业，联合国将全球可再生清洁能源认定为重点投资方向。基于此，我国将风能作为未来经济增长的主要能源来源之一，并大力建设风力发电系统。目前，我国风力发电基础设施建设取得了一定成就，研究重点将朝向运维发展，即稳固系统运行，加强安全性评估及可靠性评价。因此，需大力发展风力发电设备无损检测技术，延长风力发电系统使用寿命，减少故障损失，提高经济效益。

1风力发电设备无损检测技术及应用

1．1监测发电机与电力电子设备

风力发电机包括电力电子与电磁两部分，此类构件可靠性是评估风电设备检测水平的重要指标。风力发电设备运行过程中，受振动、湿度、温度、封装形式等影响都会对内部构件造成影响，严重者导致零件损坏。风力发电设备收集的风能先经过叶轮，再经过主轴与齿轮箱，经发电机转换后变成电能。风力机叶片是一种弹性体，在风力作用下叶片结构可形成向上的空气动力与惯性力，其交变性无法确定，并且随机性较强。在力的耦合作用下，发电机因不可抗力的振动而产生自激共振，即颤振。如果颤振处于发散状态，将导致风力发电设备损坏。除此之外，风力发电机组运行过程中会因诸多原因而产生较大振动，振幅与振动频率超过风机荷载将影响风机稳定运行。目前，应用在风力发电设备的无损检测方式包括:热成像技术、电磁传感技术、扫地雷达技术等，同时还可通过模态分析法对系统稳定性与寿命进行评估，以此提高风力发电机故障检测科学性。除风电机机械部分易造成设备损坏之外，风力、温差、潮湿条件也会导致线路绝缘耐压、腐蚀及接触电阻的失效。风力发电机和电力电子元件的电子类故障涉及定子线圈绝缘故障、转子故障、激励线圈绝缘故障等。转子与顶底电路故障包括线圈断裂、线路短路、线圈匝间短路或相位对位短路等，同时焊接点松动也会导致线路故障。传统电动机电流信号分析法无法适用于发电机工作时，仅能进行线下测试或设备停运时检修。从电力电子方面分析，电流通过半导体器件时功率损失引起的发热是导致发电机元件损坏的主要原因之一，在工作电压与载流能力持续增加的背景下，温度与检测系统对电力电子设备可靠性评估具有非常显著的意义。所以，目前对风力发电机的实时监测技术与方法仍面临严峻挑战，有必要加大无损检测技术研究力度，对电力电子系统进行实时监控。

1．2预估齿轮箱寿命

常规条件下，风力发电设备齿轮箱主要由铝合金材料与不锈钢材料为主，可负担较大循环负荷，但容易导致设备出现疲劳磨损。一旦风力发电设备所处区域出现风力骤变或存在腐蚀性海洋活动，将导致设备因腐蚀而开裂，此类问题都将引发风力发电系统或传动装置失效。在齿轮箱施加无损检查时，为保证装置性能不受影响，应开发与设备性能和材料相匹配的检测方式。目前，常用的风电设备齿轮箱无损检测技术包括:第一种是以电磁为基础的二维ACFM检测技术、巴克豪森噪声无损检测技术等，此类检测方式既可对传感器表面进行检测，也可辅助优化检测方法，让检测流程更加科学与合理;第二种是创建振动分析的检测方式，以此对齿轮箱进行检测，分析其运转是否正常;第三种是从内部解构齿轮箱系统，让其与油温检测系统配合工作。

1．3塔筒无损检测技术

风力发电设备中的风电塔筒多以低合金钢为主要材质，焊接处理过程中易在其表面出现弧形焊纹。由于塔筒焊接多采用埋弧焊，同时采用涂抹药剂的方式进行清理，会导致塔筒表面出现气孔夹渣。塔筒裂纹方式具体包括热裂纹、收弧裂纹、延迟裂纹等，易在塔筒表面快速拓展，当裂纹影响设备承载力时，将引发倒塌事故。从目前研究成果分析，塔筒无损检测技术主要有超声波技术、磁粉技术与射线检测技术。

1．4实时监测风电系统运行状态

依照风力发电设备能源转化特征，发电系统电网结构非常复杂，结合集成技术和在线监测可评定设备运行效率，并监测系统是否稳定运行。在无线传感网络中，风力发电系统中融入了传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术、分布式处理技术，系统各个节点均可通过计算机与外部进行通信。截至目前，风力发电设备运行状态检测手段包括:(1)应用无损检测技术及监控结构联合提出的红外成像技术。(2)基于监控技术基础模型，评估设备极端恶劣运行环境下线路腐蚀与老化情况，并对其进行实时监测。(3)比对多种电子系统变流器及发电机，应用成像检测技术，一旦检测过程中发现设备运行异常便动态优化。为保证风电系统监测技术的精准性与有效性，应充分考虑特殊环境下通信信号的高传输性，让数据通信可适用于不同环境。(4)对信息进行合理的采集压缩及整合，最大限度缩短采样周期，研究数据结构及容错技术。(5)大力开发可集成在风电系统中的MAC协议与路由协议，进一步加快数据传输效率，解决死锁或活锁问题。

1．5风力发电设备叶片检测与分析

风力发电设备叶片易受环境影响，在实际工作中受外力影响很容易在弯、拉作用下而损坏叶片自身结构。常规条件下，风力发电设备叶片寿命约为20年，但并无法评估叶片实际工作中受损情况，即无法评定叶片的实际使用寿命。因此，应开展叶片无损检测工作，保证风力发电设备时刻处于正常运行状态。目前，叶片无损检测技术主要分为如下几种:第一种是基于热成像与超声波的无损检测技术，具有技术融合优势;第二种为分布式光纤传感器，依托传感器及智能材料创建健康叶片监控系统;第三种为主动及被动检测，目的是实现电磁热成像。

2风力发电设备无损检测技术具体应用———以风力机叶片无损检测为例

为深入了解风力发电设备无损检测技术实现原理及应用场景，本文以红外热像无损检测技术为例，分析风力机叶片检测流程。所谓红外热成像技术，就是利用被检测物体表面受到热激励后，探求其表面热辐射变化过程，判定物体内部结构信息。随着红外热成像无损检测技术的深入研究，主动式红外热激励无损检测技术应运而生，该技术是近年最科学且最合理的无损检测技术。

2．1风力机叶片结构解读及主要缺陷分析

针对大型风力机，叶片多采用玻璃纤维环氧树脂复合材料，叶片分为前缘、主梁、后缘及主梁两侧的芯材结构。风力机叶片主梁部位多应用单轴向纤维布铺层，非主梁部分采用芯材填充，材质为巴沙木或PVC泡沫，目的是减小叶片运行质量，风力机叶片剖面图见下图。

2．2风力机叶片主要缺陷分析

风力机叶片结构多为多层设计，厚度具有可变的特点，同时叶片表面为不规则曲面，制造过程中易产生不均匀性。常规条件下，风力机叶片横截面包含玻璃纤维环氧树脂增强材料，由环氧胶相连，叶片真空注胶时，各结构层内部很容易出现不均匀性，即分层设计缺陷。2．2．1褶皱风力机叶片多应用人工铺设纤维布的形式制作，要求一次成型。由于人力操作的原因，叶片铺层平整度较差，真空注胶期间易形成褶皱。常规来讲，风力机叶片褶皱分为凹与凸两种，不论何种褶皱形式都会影响风力机运行。2．2．2裂纹叶片作为风力发电设备的重要构件，长期运行易导致叶片内部或浅表产生细小裂纹，此类裂纹很难在检测中发现。当叶片出现裂纹同时未及时处理时，裂缝将向四周扩散，从毫米级逐步扩散到分米级，最终造成大裂缝。因此，应对裂纹缺陷重要点位进行实时检测与分析。2．2．3分层设计缺陷风力机叶片分层设计缺陷具体指叶片生产时易发生树脂用量不足或真空泄压的情况，同时叶片运输中内部褶皱将形成开裂现象，以此形成层面空隙，将各结构层分离开来。分层问题将导致叶片黏结部位的粘接度，易导致叶片强度下降，严重者导致叶片铺层和结构层剥离。因此，叶片生产时需重点关注分层缺陷形成原因，以此确保叶片使用寿命。

2．3风力机叶片红外热成像无损检测

针对风力机叶片设计缺陷，将其作为无损检测重要参量。本研究对某地风电机叶片进行红外热成像无损检测。该区电场共包含10支1．5MW风力机叶片，本研究从叶尖到主梁与芯材进行全方位扫描，重点关注主梁裂纹、褶皱、分层、发白等问题。叶片主梁由玻璃纤维环氧树脂复合材料构成，芯材主要为聚氯乙烯。现场风机大小1．5MW，风力机叶片型号为HT34，总长为34米，弦长3米。检测设备具有较大激励效率且热激励均匀，同时自由度及激励模式丰富，可满足现场勘验标准。为有效录入数据，结合最新的热图像采集系统。检测前，从叶根位置开始逐步巡检到叶尖位置，找寻叶表缺陷部位，标注处理。受外部环境影响及长期激励导致加热不均匀的影响，获取的图像信息十分模糊，几乎无法辨别叶片是否存在故障，更无法找到缺陷。因此，结合红外图像非均匀校正及红外图像增强算法对获取的图像进行处理，消除背景噪声。考虑到MATLAB软件程序计算红外图像数据流程较为复杂，因此在红外检测软件直接对红外图像非均匀性校正进行预处理。由于软件界面具有增强按钮，可对红外图像随时进行增强算法处理。同时，软件设置截屏按钮，可获取加热及降温时的红外图像。

2．4风力机叶片红外缺陷图像分析

由于风力机叶片由多种材料构成，属于多相体系，并且材料和结构为一体化成形。风电叶片结构成型时，受外界因素影响，叶片缺陷不可避免。与此同时，叶片结构运行时易发生多类损伤，缺陷与损伤对风电叶片的安全性造成极大威胁，对叶片结构内部缺陷与损伤进行无损检测，可提高叶片使用的安全性。本次检测结果显示，风力机叶片表面缺陷均可被有效识别。与此同时，结合红外图像可直观判断检测结果，可观察到微小的温度变化，同时可对热像进行有效处理，获得风电机叶片内部铺层清晰纹路及缺陷图像，图像非均匀性低于10%，与现场打磨结果几乎相同。根据目前掌握的风电机叶片无损检测技术，可收集叶片缺损数据，对老龄叶片进行修复与可靠性定量评价，预估其使用寿命。为最大限度提升叶片使用安全性，需对其定期检查，观测叶片状态，排除缺陷隐患并采用有效手段，将叶片失效问题扼杀在萌芽期，以此避免事故，保证风电设备稳定运行。总的来说，评估叶片损伤状态、合理运用无损检测技术可降低叶片过度维护及事后维护带来的高昂运维成本，应用红外热成像处理技术可对大型风电机叶片进行无损检测，有效评估叶片健康状态。

结语

风力发电设备无损检测易受环境影响，同时传感器灵敏度对信息数据量有一定影响，因此风力发电设备无损检测应重点提升系统稳定性及安全性，对多类方法进行综合分析，集成多类传感器数据，保证整个风力发电系统健康运行。

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