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摘要
我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)、能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)代化目標(biāo)的重要前提。我國(guó)是個(gè)能源大國(guó)，也是個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，當(dāng)前我國(guó)能源的發(fā)展面臨著人均能耗水平低、環(huán)境污染嚴(yán)重、能源利用率以及可再生能源比例少等問(wèn)題。因此，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放，緩解環(huán)境污染，加強(qiáng)能源安全已成為全國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，對(duì)可再生能源的利用，特別是風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用也給予了高度重視。風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模化開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主軸、齒輪箱、輸出軸等部分組成，首先對(duì)齒輪箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)某型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所要求的技術(shù)匹配參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)凝X輪傳動(dòng)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳動(dòng)比分配與各級(jí)傳動(dòng)參數(shù)如模數(shù)、齒數(shù)等的確定，對(duì)于齒輪箱中的軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)齒輪、軸以及軸承進(jìn)行校核，再考慮行星架、箱體的選用問(wèn)題，最后在考慮其他因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響，進(jìn)行三維仿真模擬。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；行星齒輪傳動(dòng)；模擬仿真
I
Abstract
China is a developing country, the coordinated development of economy, energy and environment is an important prerequisite to realize our modernization goal. China is a big energy country, but also a large energy consumption, the current development of China's energy is facing a low level of per capita energy consumption, environmental pollution, energy efficiency and the proportion of renewable energy and other issues. Therefore, to adjust the energy structure, reduce greenhouse gas emissions, ease environmental pollution, strengthen energy security has become a hot topic of concern to the use of renewable energy, especially wind energy development and utilization has also given high priority. Wind energy is a clean renewable energy, wind power is the main form of wind energy utilization, but also the renewable energy in the most mature technology, the most large-scale development conditions and commercial development prospects of one of the power generation.
The transmission mechanism of the wind turbine is mainly composed of the main shaft, gear box and output shaft. First, the gear box is designed. According to the technical matching parameters required by a certain type of wind turbine, the appropriate gear transmission scheme is selected. On this basis, The gear ratio and the transmission parameters such as modulus, the number of teeth, etc. to determine the shaft for the design of the gear box, and gears, shafts and bearings to check, and then consider the planetary planes, the selection of the box, and finally Three-dimensional simulation is carried out to consider the influence of other factors on wind turbines.
Key words: Wind turbine transmission mechanism;Planetary gear drive; Simulation
III
目錄
1 緒論 1
1.1 選題的背景及意義 1
1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展 1
1.2.2 國(guó)外發(fā)展 3
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 4
2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 5
2.1 風(fēng)力發(fā)電的原理 5
2.2 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu) 5
3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 7
3.2 設(shè)計(jì)方案 7
3.2.1 方案的討論 7
3.2.2 初步確定總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.3 傳動(dòng)比的分配 8
3.4 齒數(shù)的選擇 8
3.4.1 齒數(shù)的選用 9
3.4.2 齒輪的校核 13
3.5 軸的設(shè)計(jì) 19
3.5.1 低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸設(shè)計(jì) 19
3.5.2 中間級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 19
3.5.3 高速級(jí)軸的設(shè)計(jì) 19
3.5.4 軸的校核 20
3.6 行星架的選用 22
3.7 箱體的設(shè)計(jì)與選用 22
3.7.1 齒輪箱箱體設(shè)計(jì) 22
3.7.2 齒輪箱的冷卻和潤(rùn)滑 22
3.7.3 齒輪箱的使用及其維護(hù) 23
4 影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的因素 24
4.1 風(fēng)力大小對(duì)功率的影響 24
4.2 葉片附著物對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻礙因素對(duì)功率的影響 24
4.3 齒輪箱設(shè)計(jì)對(duì)功率的影響因素 25
4.4 軸的合理設(shè)計(jì)對(duì)功率影響 25
5 齒輪箱的三維建模 26
5.1 軟件介紹 26
5.2 建模截圖 26
5.2.1 一級(jí)行星系傳動(dòng) 26
5.2.2 二級(jí)行星系傳動(dòng) 27
5.2.3 三級(jí)平行軸傳動(dòng) 28
5.2.4 箱體圖 28
5.2.5 整體剖視圖 30
6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 32
6.1零件材料的經(jīng)濟(jì)性分析 32
6.2方案選擇上的技術(shù)性分析 33
7結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 37
附錄A 38
附錄B 43
1 緒論
1.1 選題的背景及意義
1）提供國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的能源
能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)生活必需的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國(guó)能源面臨最突出的問(wèn)題是國(guó)內(nèi)化石類(lèi)能源供應(yīng)嚴(yán)重不足。一項(xiàng)關(guān)于我國(guó)未來(lái)能源供需報(bào)告曾預(yù)測(cè)，2020年國(guó)內(nèi)可供應(yīng)常規(guī)能源的量不到2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源缺口將為4億至5億噸，需要從國(guó)外進(jìn)口。如果要減輕我國(guó)對(duì)石油和天然氣進(jìn)口的依賴(lài)，必須調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模開(kāi)發(fā)可再生能源?？稍偕茉磳⒆鳛橹饕奶娲茉?，而風(fēng)力發(fā)電則是可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)，市場(chǎng)廣闊、前景光明，將為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更充足的物質(zhì)保證。
2）減少溫室氣體排放
風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前既能獲得能源，又能減少有害氣體排放的最佳途徑之一。目前我國(guó)的電能結(jié)構(gòu)中75%是煤電，排放污染嚴(yán)重，增加風(fēng)電等清潔能源比重刻不容緩。在減少溫室氣體二氧化碳和導(dǎo)致酸雨的二氧化硫等有害氣體排放、保護(hù)環(huán)境、環(huán)節(jié)全球氣候變暖方面，風(fēng)電是有效措施之一。
3）提高能源利用效率
常規(guī)能源發(fā)電雖然直接成本較低，但其成本還應(yīng)包括運(yùn)輸、環(huán)境、資源等社會(huì)因素，加在一起要比風(fēng)力發(fā)電高得多。研究表明，這方面的成本大約要高出40%,并且這些外部成本是以環(huán)境污染和資源消耗為代價(jià)的。風(fēng)力發(fā)電由于基本沒(méi)有外部成本，其社會(huì)成本就小得多。
1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展
風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)現(xiàn)階段用處最多，國(guó)民最喜歡的一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)緩解了我國(guó)環(huán)境污染的現(xiàn)象，減少了產(chǎn)生。煤炭的燃燒作為能源的使用大概是19世紀(jì)之前采用的方式，這種方式的大量使用致使我國(guó)的環(huán)境現(xiàn)狀一天天惡劣下去，部分地區(qū)出現(xiàn)了泥石流、洪水的侵襲等各種自然災(zāi)害。我國(guó)認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題之后，更加積極地將新能源的開(kāi)發(fā)搬上國(guó)家建設(shè)的旅程表上，成為了全國(guó)上下一起努力的目標(biāo)，這時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)力發(fā)電引起了國(guó)家的注意，當(dāng)時(shí)我國(guó)屬于剛起步狀態(tài)，對(duì)于一些未知的技術(shù)我們處于無(wú)知狀態(tài)，需要我們學(xué)習(xí)外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)，但是由于他們不是免費(fèi)提供給我們，所以需要我們花大價(jià)錢(qián)將其引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，并對(duì)其進(jìn)行研究和創(chuàng)新生產(chǎn)使用，應(yīng)用到各個(gè)地區(qū)的開(kāi)發(fā)的風(fēng)力發(fā)電廠中。
由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要的地方廣闊、周?chē)用裆偾医ㄖ锷?，因此大多將風(fēng)力發(fā)電廠建立在偏遠(yuǎn)地區(qū)或者較荒蕪的地區(qū)，但是這些地區(qū)的環(huán)境惡劣導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力差，致使一些地區(qū)出現(xiàn)了棄電的現(xiàn)狀。更是由于我國(guó)對(duì)于該新興技術(shù)的不全面的了解，一些地區(qū)出現(xiàn)了安全隱患，如電的泄露、塔基的不穩(wěn)定導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象。
圖1-1 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀
Fig.1-1 Wind power generation
圖1-2 全國(guó)每年風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)概況
Fig. 1-2 survey of annual utilization hours of wind power in China
圖1-3 棄風(fēng)數(shù)據(jù)表
Fig. 1-3 abandoned air data sheet
圖1-4 各省份近幾年風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)
Fig. 1-4 wind power data in the provinces in recent years
1.2.2 國(guó)外發(fā)展
1）美國(guó)
美國(guó)PTC政策（生產(chǎn)稅抵免政策）延長(zhǎng)實(shí)施四年或?qū)⒋龠M(jìn)2017-2020年新增風(fēng)電吊裝容量創(chuàng)新高，接近40GW。風(fēng)電行業(yè)供需側(cè)多種因素的影響下，預(yù)計(jì)大部分吊裝容量將于2019、2020年實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，政治環(huán)境不穩(wěn)定與施工資源短缺或?qū)⒆璧K風(fēng)電項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。除此之外，近年來(lái)為了享有稅務(wù)優(yōu)惠而參與風(fēng)電建設(shè)的投資商撐起了風(fēng)電項(xiàng)目融資的半邊天，超半數(shù)的吊裝項(xiàng)目融資來(lái)自他們的資金支持，而如今遭遇企業(yè)所得稅改革，對(duì)行業(yè)的投資熱度將降低。邊境政策的調(diào)整與其它電價(jià)措施的的出臺(tái)也將阻礙本地供應(yīng)鏈的發(fā)展，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展將越來(lái)越依賴(lài)于進(jìn)口風(fēng)機(jī)零部件。工程、采購(gòu)與施工資源的短缺問(wèn)題也迫在眉睫。
MAKE預(yù)計(jì)加拿大風(fēng)電市場(chǎng)將于2017-2026年間，新增6.2GW吊裝容量。2017-2019年間，加拿大東部省份將成為新增容量主力地區(qū)，此后，由于政府對(duì)風(fēng)電開(kāi)發(fā)的支持力度不斷削減、電力行業(yè)大規(guī)模的去碳化進(jìn)程加快、電力需求走低，該區(qū)域的新增容量預(yù)測(cè)將減少。從2019年末起，Alberta與Saskatchewan省的電力采購(gòu)需求將導(dǎo)致此后至2026年間，風(fēng)電需求向西轉(zhuǎn)移。對(duì)于加拿大東部的Quebec省而言，因美國(guó)東北部對(duì)加拿大水電需求較高，風(fēng)電作為非水可再生能源可補(bǔ)足省內(nèi)電力需求，該省將成為2021年后仍能保持較高吊裝容量水平的唯一一個(gè)東部省份。
2）加拿大
加拿大自然資源部長(zhǎng)稱(chēng)，隨著加拿大將經(jīng)濟(jì)多樣化提上日程，風(fēng)能時(shí)代可能即將開(kāi)始。參加區(qū)域能源大會(huì)的風(fēng)能倡導(dǎo)者和政府官員們視察了魁北克地區(qū)，因?yàn)楸泵赖哪茉锤窬终谵D(zhuǎn)變。加拿大風(fēng)能協(xié)會(huì)主席羅伯特˙奧爾南表示，需要更多依靠低碳資源來(lái)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。同時(shí)說(shuō)道：“我們有資源并且有技術(shù)”。據(jù)加拿大政府估計(jì)，該國(guó)的風(fēng)電投資組合占全球第8位，裝機(jī)容量已達(dá)1200萬(wàn)千瓦。一些省級(jí)政府正在主動(dòng)開(kāi)發(fā)清潔能源，薩斯克切溫省正在努力發(fā)展且承諾在2030年之前達(dá)到50％的電能從可再生能源中獲取。
加拿大自然資源部長(zhǎng)吉姆˙凱爾稱(chēng)：“這很明顯，風(fēng)能的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，我們的政府已經(jīng)承諾要處理氣候變化，并且我們知道風(fēng)能將在這些努力中扮演決定性的角色?！?
1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容
齒輪箱的工作過(guò)程為：風(fēng)作用到葉片上，驅(qū)使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪帶動(dòng)齒輪箱主軸轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)能輸入齒輪副。經(jīng)過(guò)三級(jí)變速，齒輪副將輸入的大扭矩、低轉(zhuǎn)速動(dòng)能轉(zhuǎn)化成低扭矩、高轉(zhuǎn)速的動(dòng)能，通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)將輸入的動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為電能并輸送到電網(wǎng)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，把葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能達(dá)到最大值，并且儲(chǔ)存起來(lái)供用戶或者工廠使用，其次還要考慮一些其他機(jī)構(gòu)的因素和外在風(fēng)力大小對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響。主要步驟為：
1）選擇齒輪箱的傳動(dòng)形式
2）根據(jù)提供的總傳動(dòng)比分配分傳動(dòng)比
3）根據(jù)傳動(dòng)比查表選擇合適的齒輪數(shù)、模數(shù)，并對(duì)齒輪進(jìn)行校核
4）設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)軸，并對(duì)軸徑最小的軸進(jìn)行校核計(jì)算
5）根據(jù)總體要求選擇合適的行星架、箱體
6）對(duì)風(fēng)力機(jī)功率的影響因素進(jìn)行分析
7）繪制三維模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真模擬
8）對(duì)課題進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
2.1 風(fēng)力發(fā)電的原理
風(fēng)力發(fā)電的原理：葉片帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)是因?yàn)轱L(fēng)能帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，同時(shí)輪轂與齒輪箱的主軸相連接，所以齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)跟隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，一級(jí)一級(jí)的傳遞下去，最后從齒輪箱的輸出軸傳遞出去到發(fā)電機(jī)部分。
風(fēng)力發(fā)電是目前一項(xiàng)新興的再生能源可回收利用的技術(shù)，在世界各地都廣發(fā)地應(yīng)，并受各國(guó)資源局的青睞，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)不但緩解環(huán)境污染的問(wèn)題，而且可再生能源的利用可促進(jìn)了生態(tài)平衡。在部分地區(qū)已經(jīng)建立了多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并已投入使用，取得顯著的成果。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成部分主要有8個(gè)部分且每一份組成部分都起到了關(guān)鍵性的作用，且缺一不可。即：葉片、輪轂、機(jī)體、發(fā)電機(jī)、塔基、齒輪箱、發(fā)電機(jī)以及偏航系統(tǒng)。如圖所示:
圖2-1 風(fēng)能——回轉(zhuǎn)機(jī)械能——電能
Fig. 2-1 wind energy - rotating mechanical energy - electric energy
2.2 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)
圖2-2 工作流程
Fig. 2-2 workflow
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械，又稱(chēng)風(fēng)車(chē)。廣義地說(shuō)，它是一以大氣為工作介質(zhì)的能量利用機(jī)械。
機(jī)艙：機(jī)艙包容著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可以通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。
轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。
軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。
低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來(lái)激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運(yùn)行。
齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。
高速軸及其機(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)力發(fā)電機(jī)被維修時(shí)。
發(fā)電機(jī)：通常被稱(chēng)為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。
偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過(guò)風(fēng)向標(biāo)來(lái)感覺(jué)風(fēng)向。圖中顯示了風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。
電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過(guò)熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)電話調(diào)制解調(diào)器來(lái)呼叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)操作員。
液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。
冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。
塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡x地面越高，風(fēng)速越大。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對(duì)于維修人員更為安全，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^(guò)內(nèi)部的梯子到達(dá)塔頂。格狀的塔的優(yōu)點(diǎn)在于它比較便宜。
風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測(cè)量風(fēng)速及風(fēng)向。
3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
表3-1 參數(shù)表
Tab. 3-1 parameter list
項(xiàng)目 數(shù)量
總傳動(dòng)比i
額定功率/kW
輸入轉(zhuǎn)速/rpm
輸出轉(zhuǎn)速/rpm
模數(shù)/m
104
1500
1800
9.7~119
1~20
由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境惡劣，受力情況復(fù)雜，因此要求所用材料除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件以外，還應(yīng)該能滿足在極端溫差條件下所具有的材料特性，比如抵抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩(wěn)定性等。由以上條件可知外齒輪制造精度不低于6級(jí)，即齒面硬度60～62HRC（太陽(yáng)輪）和56～58HRC（行星輪）。與此同時(shí)為提高承載能力，齒輪、軸類(lèi)采用合金鋼制造，具體為外齒輪采用20CrMnMo材料，內(nèi)齒圈采用42CrMo材料。
3.2 設(shè)計(jì)方案
3.2.1 方案的討論
對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪箱的傳動(dòng)比一般在100左右，分為兩種傳動(dòng)傳動(dòng)形式：一級(jí)行星齒輪+兩級(jí)平行軸傳動(dòng)和二級(jí)行星齒輪+一級(jí)平行軸傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)多采用行星傳動(dòng)，因行星傳動(dòng)具有很有優(yōu)點(diǎn)，如下：
1）傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳遞功率范圍大，使功率分流；
2）合理使用內(nèi)嚙合，共軸線式的傳動(dòng)裝置，使軸向尺寸大大縮小；
3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)能力較強(qiáng)
但是行星齒輪傳動(dòng)也有一定的缺點(diǎn)，如下：
1）結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動(dòng)復(fù)雜、對(duì)制造質(zhì)量要求高；
2）因體積小散熱面積小，導(dǎo)致油溫升高，對(duì)潤(rùn)滑和冷卻要求嚴(yán)格。
3.2.2 初步確定總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析的結(jié)果，采用二級(jí)行星傳動(dòng)+一級(jí)平行軸傳動(dòng)的方式，提高了速比，降低了齒輪箱的體積。與此同時(shí)，主軸內(nèi)置于齒輪箱的內(nèi)部。不需要現(xiàn)場(chǎng)主軸對(duì)中；主軸軸承采用稀油潤(rùn)滑，效果更好；大大減小了機(jī)艙的體積。如圖所示：
圖3-1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理圖
Fig. 3-1 schematic diagram of drive mechanism
3.3 傳動(dòng)比的分配
根據(jù)參數(shù)，傳動(dòng)比為1:104，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為=1800r/min，所以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為
=i=1800=17.3r/min （3-1）
齒輪箱采用NGW型號(hào)的形式，行星輪機(jī)構(gòu)定為2級(jí)，每級(jí)傳動(dòng)比可按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第三卷中表14-5-5查得：
第一級(jí)行星輪傳動(dòng)比 ：=7.1
第二級(jí)行星輪傳動(dòng)比： =5.6
則一級(jí)平行軸的傳動(dòng)比：
==2.62 （3-2）
3.4 齒數(shù)的選擇
行星齒輪傳動(dòng)由于有多對(duì)齒輪同時(shí)參與嚙合承受載荷，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)行星輪各齒輪數(shù)必須滿足一定的幾何條件：
1）同心條件：為了保證正確的嚙合，各對(duì)嚙合齒輪之間的中心距必須相等。太陽(yáng)輪A與行星輪C的中心距等于行星輪C與內(nèi)齒輪B的中心距。即：
+=- （3-3）
2）裝配條件：保證各行星輪能均布地安裝在兩中心齒輪之間，并且與兩個(gè)中心輪嚙合良好，沒(méi)有錯(cuò)位現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化計(jì)算和裝配，應(yīng)使太陽(yáng)輪和內(nèi)齒輪的齒數(shù)和等于行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。即：
=n （3-4）
3）鄰接條件：必須保證相鄰兩行星輪互不相碰，并留有大于0.5倍模數(shù)的間隙，即行星輪齒頂圓半徑之和小于其中心距L。即：
（）sin+2（+） （3-5）
4）傳動(dòng)比條件：
=-1 （3-6）
3.4.1 齒數(shù)的選用
1）第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)
第一級(jí)行星輪系選用直齒圓柱齒輪，其齒輪精度等級(jí)為5級(jí)精度。
當(dāng)=7.1時(shí)，查表3-2《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》
=19 =50 =119 則=7.0588
P==0.58%4% 合理 （3-7）
初選模數(shù) m=16
齒頂高
==116=16mm （3-8）
齒根高
=（+）m=（1+0.25）16=20mm （3-9）
齒高
==16+20=36mm （3-10）
齒寬：
b=（0.4~1.2）=(0.4~1.2)552=（220.8~662.4）mm （3-11）
?太陽(yáng)輪：
分度圓直徑：
=m=1619=304mm （3-12）
齒頂圓直徑：
=+2=304+216=336mm （3-13）
齒根圓直徑：
=-2=304-220=264mm （3-14）
齒寬：
（3-15）
?行星輪：
分度圓直徑：
=m=1650=800mm （3-16）
齒頂圓直徑：
=+2=800+216=832mm （3-17）
齒根圓直徑：
=-2=800-220=760mm （3-18）
齒寬：
（3-19）
?內(nèi)齒圈：
分度圓直徑：
=m=16119=1904mm （3-20）
齒頂圓直徑：
=+2=1904+216=1936mm （3-21）
齒根圓直徑：
=-2=1904-220=1864mm （3-22）
齒寬：
（3-23)
2）第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)
當(dāng)=5.6時(shí)，查表3-2《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》
=19 =35 =89 則=5.6842
P==1.48%4% 合理 (3-24）
初選模數(shù) m=14
齒頂高
==114=14mm （3-25）
齒根高
=（+）m=（1+0.25）14=17.5mm （3-26）
齒高
==14+17.5=31.5mm （3-27）
齒寬：
b=（0.4~1.2）=(0.4~1.2)378=(151.2~453.6)mm （3-28）
?太陽(yáng)輪：
分度圓直徑：
=m=14=266mm （3-29）
齒頂圓直徑：
=+2=266+214=294mm （3-30）
齒根圓直徑：
=-2=266-217.5=231mm （3-31）
齒寬：
（3-32）
?行星輪：
分度圓直徑：
=m=1435=490mm （3-33）
齒頂圓直徑：
=+2=490+214=518mm （3-34）
齒根圓直徑：
=-2=490-217.5=455mm （3-35）
齒寬：
（3-36）
?內(nèi)齒圈：
分度圓直徑：
=m=1489=1246mm （3-37）
齒頂圓直徑：
=+2=1246+214=1274mm （3-38）
齒根圓直徑：
=-2=1246-217.5=1211mm （3-39）
齒寬：
（3-40）
3）第三級(jí)平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì)
當(dāng)=2.62時(shí)， =55 初選模數(shù) m=10
齒頂高
==110=10mm （3-41）
齒根高
=（+）m=（1+0.25）10=12.5mm （3-42）
齒高
==10+12.5=22.5mm （3-43）
齒寬
b=（0.4~1.2）=(0.4~1.2)380=（152~456）mm （3-44）
?小齒輪：
分度圓直徑：
=m==210mm （3-45）
齒頂圓直徑：
=+2=210+=230mm （3-46）
齒根圓直徑：
=-2=210-212.5=185mm （3-47）
齒寬
（3-48）
?大齒輪：
分度圓直徑：
=m=1055=550mm （3-49）
齒頂圓直徑：
=+2=550+=570mm （3-50）
齒根圓直徑：
=-2=550-212.5=525mm （3-51）
齒寬
3.4.2 齒輪的校核
在行星輪系傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪與行星輪間接觸強(qiáng)度最大，故只需驗(yàn)證該嚙合副齒輪接觸強(qiáng)度即可。
?功率的計(jì)算P：
輸出軸：
=1500kW （3-52）
Ⅲ軸：
=/=1530.6kW （3-53）
Ⅱ軸：
=/=1593.7kW （3-54）
Ⅰ軸：
=/=1659.4kW （3-55）
主軸：
=/=1728.6kW （3-56）
?轉(zhuǎn)矩的計(jì)算T：
主軸
（3-57）
Ⅰ軸
= （3-58）
Ⅱ軸
（3-59）
Ⅲ軸
（3-60）
1）第一級(jí)行星輪傳動(dòng)
（1）太陽(yáng)輪和行星輪外嚙合接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度校核：
太陽(yáng)輪A和行星輪C的材料選用20CrMnMo，滲碳+正火+低溫回火，齒面硬度56～62HRC，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版），選取=1500MPa，=480MPa
主軸轉(zhuǎn)矩（輸入軸）
（3-61）
太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)矩為
（3-62）
太陽(yáng)輪輪齒上的轉(zhuǎn)矩為
= （3-63）
式中 —行星輪個(gè)數(shù)，=3；
—太陽(yáng)輪浮動(dòng)時(shí)載荷分配的不均衡系數(shù)，=1.15。
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)為
（3-64）
式中 —小齒輪的速度
（3-65）
計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)為
（3-66）
計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的齒向載荷分布系數(shù)
（3-67）
齒輪間載荷分布系數(shù)為
（3-68）
則綜合系數(shù)為
（3-69）
（3-70）
齒面接觸應(yīng)力為
（3-71）
式中 —鋼制齒輪的彈性系數(shù)，；
—節(jié)點(diǎn)區(qū)域影響系數(shù)，；
—螺旋角系數(shù)，；
—重合度系數(shù)，
（為與的重合度，
為圓周力，即：
(3-72)
齒面許用接觸應(yīng)力為
（3-73）
式中 —潤(rùn)滑系數(shù)，
—速度系數(shù)，
—粗糙度系數(shù)，即：
—工作硬化系數(shù)，
—接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的尺寸系數(shù)，即：
所以接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為:
合理 （3-74）
太陽(yáng)輪齒根彎曲應(yīng)力為
（3-75）
式中 —重合度系數(shù)
—螺旋角系數(shù)，;
—齒形系數(shù)，。
齒根許用彎曲應(yīng)力為:
（3-76）
齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為:
合理 （3-77）
（2)行星輪與內(nèi)齒圈彎曲強(qiáng)度校核：
內(nèi)齒圈齒輪的材料選用42CrMo，調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS≥260，查手冊(cè)，選取，
內(nèi)齒輪齒根彎曲應(yīng)力為
（3-78）
齒根許用彎曲應(yīng)力為
(3-79)
齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)
>1 故符合要求 (3-80)
2）第二級(jí)行星輪傳動(dòng)
同以上計(jì)算過(guò)程得：
>1 故符合要求 (3-81)
3）第三級(jí)直齒輪傳動(dòng)
同以上計(jì)算過(guò)程得：
>1 故符合要求 (3-82)
3.5 軸的設(shè)計(jì)
3.5.1 低速級(jí)傳動(dòng)軸尺寸設(shè)計(jì)
因?yàn)閭鬟f的功率適中對(duì)重量和結(jié)構(gòu)尺寸沒(méi)有特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：
(3-83)
計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來(lái)考慮鍵槽的影響.
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知A=107~118，取A=113初定最小直徑，低速級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。
3.5.2 中間級(jí)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
因?yàn)閭鬟f的功率適中對(duì)重量和結(jié)構(gòu)尺寸沒(méi)有特殊要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用軸的材料為45號(hào)鋼，采用調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)軸的直徑計(jì)算公式：
(3-84)
計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來(lái)考慮鍵槽的影響
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得A=107~118，取A=113初定最小直徑軸，中間級(jí)傳動(dòng)軸不長(zhǎng)，采用兩端螺釘固定方式。然后按軸上零件的安裝順序，確定軸各數(shù)據(jù)。
3.5.3 高速級(jí)軸的設(shè)計(jì)
最小軸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算公式
(3-85)
式中 —功率，即/=1530.6kW；
—轉(zhuǎn)速，即；
查表可知A在107~118范圍內(nèi)，A取113。
由于軸的末端要與聯(lián)軸器相連，需開(kāi)鍵槽，根據(jù)計(jì)算軸的最小直徑并加大3%用來(lái)考慮鍵槽的影響。
3.5.4 軸的校核
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中輸出軸的軸徑最小，因此校核該軸即可。具體步驟為下：
圖3-2 力的位置大小與方向的確定
Fig. 3-2 determination of position, size and direction of force
圖3-3 約束位置的確定
Fig. 3-3 determination of constraint position
圖3-4 最大元素尺寸的確定
Fig.3-4 determination of the maximum element size
圖3-5 網(wǎng)格劃分圖
Fig. 3-5 mesh diagram
圖3-6 應(yīng)力結(jié)果圖
Fig. 3-6 stress result diagram
軸選用的材料為45號(hào)合金鋼，其熱處理為調(diào)質(zhì)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-1得知，，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-3可知，,根據(jù)有限元分析可知，因此軸合格。
3.6 行星架的選用
行星架是行星齒輪傳動(dòng)中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的一個(gè)重要零件，在行星輪傳動(dòng)系中有著承上啟下的作用，并直接影響著增速箱的壽命和增速箱的噪聲，一個(gè)合理的行星架應(yīng)是具有足夠的強(qiáng)度和剛度，動(dòng)平衡性好，能保證行星輪間的載荷分布均勻，同時(shí)也具有良好的加工和裝配工藝?？墒剐行驱X輪傳動(dòng)具有較大的承載能力和較好的傳動(dòng)平穩(wěn)性以及較小的振動(dòng)和噪聲。在最常用的NGW型傳動(dòng)中，它也是承受外力矩最大（除NGWN型外）的零件。行星架有雙臂整體式、雙臂剖分式和單臂式三種形式。為了使齒輪箱固定更牢固、整體更穩(wěn)定，選用雙臂整體式。
3.7 箱體的設(shè)計(jì)與選用
3.7.1 齒輪箱箱體設(shè)計(jì)
箱體是齒輪箱的極為重要的零件，它承受來(lái)自風(fēng)輪的作用力與齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力。箱體必須具有足夠的剛性去承受外力和力矩的作用，防止其變形，保證其質(zhì)量。對(duì)于箱體材料的選擇，應(yīng)該采用鑄鐵箱體發(fā)揮其減震性，便于切削加工等特點(diǎn)，適于大批量的生產(chǎn)，常用的材料多為球墨鑄鐵和其他高強(qiáng)度鑄鐵。設(shè)計(jì)箱體時(shí)應(yīng)避免壁厚產(chǎn)生突變，降低厚壁差，已免產(chǎn)生縮孔與縮松等缺陷。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單件小批量地生產(chǎn)時(shí)，更多采用的是焊接或焊接和鑄造相融合的箱體。為了降低機(jī)械加工過(guò)程中和使用中的變形現(xiàn)象，為了防止出現(xiàn)裂紋，需要在鑄造或者焊接箱體必須進(jìn)行退火和時(shí)效處理來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。為方便裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，箱體設(shè)計(jì)應(yīng)有助于拆卸裝配。
3.7.2 齒輪箱的冷卻和潤(rùn)滑
齒輪箱的潤(rùn)滑十分重要，良好的潤(rùn)滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用。此外還具有如下性能：
1) 減小摩擦和磨損，具有高的承載能力，防止膠合。
2）吸收沖擊和振動(dòng)。
3）防止疲勞點(diǎn)蝕。
4）冷卻、防銹、抗腐蝕。
本齒輪箱采用飛濺潤(rùn)滑+加壓潤(rùn)滑方式，此種方式可以起到更好的潤(rùn)滑作用。系統(tǒng)采用 Mobilgear SHC XMP 320合成潤(rùn)滑油，它在極低溫度狀況下具有較好動(dòng)性；在高溫時(shí)的化學(xué)穩(wěn)定性好并可抑制黏度較低。
3.7.3 齒輪箱的使用及其維護(hù)
閱讀《SL1500安全手冊(cè)》。所有操作必須嚴(yán)格遵守《SL1500安全手冊(cè)》。如果環(huán)境溫度低于-20 ℃，不得進(jìn)行維護(hù)和檢修工作。低溫型風(fēng)力發(fā)電機(jī), 如果環(huán)境溫度低于-30 ℃，不得進(jìn)行維護(hù)和檢修工作。如果超過(guò)下述的任何一個(gè)限定值，必須立即停止工作。不得進(jìn)行維護(hù)和檢修工作。
重要提示：
對(duì)齒輪箱進(jìn)行任何維護(hù)和檢修，必須首先使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止工作，各制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)并將葉輪鎖鎖定。
如特殊情況，需在風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于工作狀態(tài)或齒輪箱處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行維護(hù)和檢修時(shí)（如檢查輪齒嚙合、噪音、振動(dòng)等狀態(tài)時(shí)），必須確保有人守在緊急開(kāi)關(guān)旁，可隨時(shí)按下開(kāi)關(guān)，使系統(tǒng)剎車(chē)。
當(dāng)處理齒輪箱潤(rùn)滑油或打開(kāi)任何潤(rùn)滑油蒸汽可能冒出的端蓋時(shí)，必須穿戴安全面具和手套。當(dāng)使用合成油時(shí)，這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)樗赡苡写碳ば圆⑶矣泻Α?
4 影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的因素
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)作功率越高，產(chǎn)生的電量越大，但現(xiàn)實(shí)狀況總是存在很多因素影響著風(fēng)力機(jī)的功率，下面對(duì)其進(jìn)行介紹：
①風(fēng)力大小對(duì)功率的影響
②葉片附著物對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻礙因素對(duì)功率的影響
③齒輪箱設(shè)計(jì)對(duì)功率的影響因素
④軸的合理設(shè)計(jì)對(duì)功率影響
根據(jù)以上分析的結(jié)果并根據(jù)現(xiàn)有情況分析，大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都安裝在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，且這些地區(qū)自然環(huán)境一般處于劣勢(shì)狀態(tài)，比如：易有暴風(fēng)雪天氣，也會(huì)出現(xiàn)冰雹暴雨天氣，同時(shí)也存在一些大風(fēng)天氣。這些惡劣的環(huán)境也影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，且影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最終的功率。
4.1 風(fēng)力大小對(duì)功率的影響
根據(jù)現(xiàn)有情況分析，塔基建立的越高風(fēng)力越大，這樣葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也越快，使到達(dá)的發(fā)電機(jī)的機(jī)械能就越多，產(chǎn)生的電能也因此增加。但是塔基建立的越高也會(huì)產(chǎn)生一些危險(xiǎn)，因?yàn)轱L(fēng)力的增加，葉片不能承受住風(fēng)能的帶來(lái)的速度將會(huì)從機(jī)體處脫落，一旦葉片脫落就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，危害到現(xiàn)場(chǎng)工作人員或者其他發(fā)電機(jī)的的正常運(yùn)作。
4.2 葉片附著物對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻礙因素對(duì)功率的影響
對(duì)于一些寒冷地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片常被冰雪覆蓋且融化成水之后瞬間凝固在葉片上，導(dǎo)致葉片重量增加，對(duì)于正常狀態(tài)下的風(fēng)力，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的速度將會(huì)降低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率便會(huì)下降，所以我們消除葉片上的附著物，減小阻力，提高功率。如圖所示：
圖4-1 風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定時(shí)達(dá)到的轉(zhuǎn)數(shù)
Fig. 4-1 the revolutions reached by the wind turbine when it is stable
圖4-2葉片附著物不同類(lèi)型時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)變化
Fig. 4-2 change of revolution time of different types of blade attachment
4.3 齒輪箱設(shè)計(jì)對(duì)功率的影響因素
風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部主要的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)就是齒輪箱機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理以及傳動(dòng)比的分配正確也影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率大小。因此對(duì)于齒輪箱傳動(dòng)比部分的設(shè)計(jì)主要遵從從大到小的一個(gè)原則，這樣的分配方式可以使主軸部分輸入進(jìn)來(lái)的高扭矩、低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成低扭矩、高轉(zhuǎn)速的這樣一個(gè)結(jié)果，使齒輪箱輸出軸輸出的功率可達(dá)到最大值，但是如果傳動(dòng)比分配相差太大也會(huì)出現(xiàn)受力不均衡。因此合理的分配傳動(dòng)比和選用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率起著關(guān)鍵性的作用。
4.4 軸的合理設(shè)計(jì)對(duì)功率影響
軸的設(shè)計(jì)的合理對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率有著重要的作用，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)作過(guò)程中，軸主要起著傳動(dòng)和固定齒輪的作用。首先，如果設(shè)計(jì)的軸過(guò)于短小，則不能完全固定住齒輪，則齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)脫離軌道，設(shè)計(jì)的軸過(guò)于長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)材料浪費(fèi)現(xiàn)象且會(huì)影響下一動(dòng)作的運(yùn)行。其次，軸徑過(guò)小其受力不均衡，會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，更加帶不動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)。綜上所述，合理地進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要工作。
5 齒輪箱的三維建模
5.1 軟件介紹
SolidWorks主要是一款三維建模且能仿真模擬的畫(huà)圖軟件，該軟件可以將設(shè)計(jì)好的二維圖紙進(jìn)行繪制成三維模型，有助于方便理解整個(gè)機(jī)構(gòu)的立體形態(tài)。其次可以用SolidWorks軟件檢測(cè)設(shè)計(jì)的模型受力是否合理，即：繪制的三維模型在仿真模擬環(huán)節(jié)啟動(dòng)一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，之后就可以根據(jù)后面齒輪等結(jié)構(gòu)是否轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)判斷設(shè)計(jì)是否合理，同時(shí)也模擬進(jìn)行校核，避免了公式計(jì)算的繁瑣。同時(shí)SolidWorks頁(yè)面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了且每項(xiàng)操作都是具體的說(shuō)明操作，初學(xué)者可通過(guò)這些指示進(jìn)行繪制。具體操作步驟為：
1）選擇一個(gè)基準(zhǔn)面進(jìn)行草圖繪制（相當(dāng)于手繪的圖紙）；
2）點(diǎn)擊完成草圖按鈕，進(jìn)行三維模型的建立；
3）重復(fù)前兩步；
4）建工程圖。
5.2 建模截圖
5.2.1 一級(jí)行星系傳動(dòng)
該部分主要為一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)部分的截圖，此部分由一個(gè)內(nèi)齒圈、三個(gè)行星齒輪、一個(gè)太陽(yáng)輪以及一個(gè)雙臥式行星架組成。三個(gè)行星輪均勻地環(huán)繞在太陽(yáng)輪外側(cè)并與太陽(yáng)輪外嚙合，同時(shí)，內(nèi)齒圈包含整個(gè)外嚙合部分，與三個(gè)行星輪形成內(nèi)嚙合的形式。固定行星齒輪的是雙臥式行星架，太陽(yáng)輪與外側(cè)的均勻分布的三個(gè)行星輪采用外嚙合，這樣太陽(yáng)輪就不需要在進(jìn)行固定，因?yàn)樾行驱X輪正好能鎖死太陽(yáng)輪。外側(cè)部位是箱體的一部分，主要起保護(hù)作用。如圖所示：
圖5-1 一級(jí)行星傳動(dòng)截圖（1）
Fig. 5-1 screenshots of planetary transmission at level 1 (1)
圖5-2 一級(jí)行星傳動(dòng)截圖（2）
Fig. 5-2 screenshots of planetary transmission at level 1 (2)
5.2.2 二級(jí)行星系傳動(dòng)
該部分主要為二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)部分的截圖，此部分由一個(gè)內(nèi)齒圈、三個(gè)行星齒輪、一個(gè)太陽(yáng)輪以及一個(gè)雙臥式行星架組成。三個(gè)行星輪均勻地環(huán)繞在太陽(yáng)輪外側(cè)并與太陽(yáng)輪外嚙合，同時(shí)，固定行星齒輪的是雙臥式行星架，太陽(yáng)輪與外側(cè)的均勻分布的三個(gè)行星輪采用外嚙合，這樣太陽(yáng)輪就不需要在進(jìn)行固定，因?yàn)樾行驱X輪正好能鎖死太陽(yáng)輪。行星架主要固定行星輪，太陽(yáng)輪與行星輪外嚙合，因?yàn)槭侨齻€(gè)行星輪包圍著太陽(yáng)輪，所以太陽(yáng)輪處于懸浮狀態(tài)。外側(cè)部位是箱體的一部分，主要起保護(hù)作用。如圖所示：
圖5-3 二級(jí)行星傳動(dòng)截圖
Fig. 5-3 two stage planetary transmission screenshot
5.2.3 三級(jí)平行軸傳動(dòng)
該部分主要為三級(jí)平行軸傳動(dòng)部分的截圖，此部分由一個(gè)大齒輪和一個(gè)小齒輪組成，且兩者處于外嚙合狀態(tài)。同時(shí)，小齒輪中間插入的是輸出軸，直接將齒輪箱的機(jī)械能傳入到發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)外側(cè)部位是箱體的一部分，主要起保護(hù)作用。如圖所示：
圖5-4 三級(jí)平行軸傳動(dòng)截圖
Fig. 5-4 three parallel shaft drive screenshot
5.2.4 箱體圖
該部分是齒輪箱的箱體圖，該部分主要起到保護(hù)作用，且由主軸部分向輸出部分依次排開(kāi)，且按照直徑由大到小的順序。齒輪箱底部是一個(gè)具有加強(qiáng)筋的底座，主要是使箱體不與機(jī)體相接觸，減少磨損。如圖所示：
圖5-5 箱體整體剖視圖
Fig. 5-5 overall cutaway view of box body
圖5-6 箱體外觀左視圖
Fig. 5-6 left view of cabinet appearance
圖5-7 箱體外觀右視圖
Fig. 5-7 right view of cabinet appearance
圖5-8箱體一級(jí)剖視顯示圖
Fig. 5-8 display view of the first stage of box body
5.2.5 整體剖視圖
從剖視圖中可清晰地看出，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體的分配方式以及傳動(dòng)順序，清晰地表達(dá)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)，更有助于理解。如圖所示：
圖5-9 整體橫向剖視圖
Fig. 5-9 overall cutaway view
圖5-10 整體縱向剖視圖
Fig. 5-10 overall vertical cutaway view
6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
6.1零件材料的經(jīng)濟(jì)性分析
零件的經(jīng)濟(jì)性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。設(shè)計(jì)零件時(shí)，應(yīng)力求設(shè)計(jì)出耗費(fèi)（包括錢(qián)財(cái)、制造時(shí)間及人工）最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用輕型的零件結(jié)構(gòu)，以降低材料消耗；采用少余量或無(wú)余量的毛坯或簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時(shí)。這些對(duì)降低零件成本均有顯著的作用。工藝性良好的結(jié)構(gòu)就意味著加工及裝配費(fèi)用低，所以工藝性對(duì)經(jīng)濟(jì)性有著直接的影響。
采用廉價(jià)而供應(yīng)充足的材料以代替貴重材料；對(duì)于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu)，都可以在降低材料費(fèi)用方面起到積極的作用。另外，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件，就可在經(jīng)濟(jì)性方面取得很大的效益。
如果能夠綜合考慮產(chǎn)品生命周期中的加工制造、裝配、檢測(cè)、維護(hù)等多種成本因素，零件材料的經(jīng)濟(jì)性會(huì)提高到一定高度。例如：在本次設(shè)計(jì)中的軸需采用較高性能的Mn來(lái)制作，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制作的成本高了，如果改用45號(hào)鋼來(lái)制作軸，雖然性能低于Mn，但是它也能夠承受住齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的載荷力，滿足設(shè)計(jì)要求，更可觀的是45號(hào)鋼的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Mn的價(jià)格，更能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)上的合理性。
為了滿足零件在經(jīng)濟(jì)性分析上的合理性，延長(zhǎng)零件的使用的壽命周期，也可以從工序、所用的夾具，所加工的設(shè)備，生產(chǎn)流程上一步步進(jìn)行優(yōu)化，使整個(gè)生產(chǎn)達(dá)到零損耗，降低設(shè)計(jì)成本。
對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，就是為了選擇制造費(fèi)用最少的方案，制造的費(fèi)用包括材料的費(fèi)用、工人的工資、管理的費(fèi)用等。假如現(xiàn)在將機(jī)構(gòu)的研發(fā)費(fèi)用也包括在制造費(fèi)用中，可以用下式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。
（6-1）
式中 Y—經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)值
H—實(shí)際制造費(fèi)用
Hs—標(biāo)準(zhǔn)制造費(fèi)用，是允許制造費(fèi)用的0.7倍
允許制造費(fèi)用為：
（6-2）
式中 PMmax—變速箱的適宜市場(chǎng)價(jià)格
—標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格對(duì)制造費(fèi)用的比值
P—標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格（制造費(fèi)用+研制費(fèi)用+管理費(fèi)用+銷(xiāo)售費(fèi)用+利潤(rùn)+稅金）
其中，當(dāng)Y=0.7說(shuō)明方案的經(jīng)濟(jì)性比較好，如Y大于0.7則經(jīng)濟(jì)性比較好。由于對(duì)上述內(nèi)容沒(méi)有具體的數(shù)值，所以無(wú)法進(jìn)行計(jì)算分析。
6.2方案選擇上的技術(shù)性分析
按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的各個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行打分，然后進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)的技術(shù)。
技術(shù)評(píng)價(jià)的公式如下：
（6-3）
式中 X—技術(shù)評(píng)價(jià)值
Pi—每個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的得分?jǐn)?shù)
Pmax—標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)（10或4），即評(píng)價(jià)項(xiàng)目的最高分
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要圍繞的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)于兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了運(yùn)行緊湊，而采用三級(jí)傳動(dòng)的方式，但是由于三級(jí)傳動(dòng)的組合有四種：①三級(jí)行星傳動(dòng)②二級(jí)行星傳動(dòng)+一級(jí)平行軸混合傳動(dòng)③一級(jí)行星傳動(dòng)+二級(jí)平行軸傳動(dòng)④三級(jí)平行軸傳動(dòng)。
對(duì)這四種組合方式進(jìn)行比較：實(shí)際應(yīng)用中行星傳動(dòng)所運(yùn)用的費(fèi)用高、制作成本大、工藝性復(fù)雜，但其性能好，運(yùn)作平穩(wěn)；平行軸傳動(dòng)不穩(wěn)定、性能差，但其制作方便，工藝性簡(jiǎn)單，所運(yùn)用的費(fèi)用較少。
表6-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)選擇方案的技術(shù)評(píng)價(jià)
Table 6-1 technical evaluation of wind turbine generator selection scheme
序號(hào)
技術(shù)性能指標(biāo)
評(píng)分
標(biāo)準(zhǔn)
第一種方案
第二種方案
第三種方案
第四種方案
1
2
3
運(yùn)動(dòng)是否穩(wěn)定
質(zhì)量
結(jié)構(gòu)的工藝性
4
4
1
4
4
3
3
3
3
1
2
4
4
4
4
續(xù)表6-1
4
5
維修方便
可靠性
1
4
14
0.70
3
3
17
0.85
3
2
14
0.70
4
1
12
0.60
4
4
20
1.00
通過(guò)表中結(jié)果可知方案②的效