摘 要

风能是一种重要的可再生资源，我国国土面积辽阔，风能资源丰富。2006年开始，我国实行了《可再生能源法》，以法律形式鼓励可再生能源的利用，对风电行业实行了各种优惠和鼓励政策。到2011年底，我国风电装机容量上升到将近6236万KW，远远超过预期，在全球排在第一位。

风电行业的发展离不开风电机组的设计研发，风电机组主传动系统的设计一直在整机研发设计中占据着重要地位。本设计主要针对2MW风电机组的主传动系统设计，包括主轴、增速齿轮箱、发电机等。本文主要阐述2MW风电机组主传动系统设计的过程以及相应的文字叙述。在第一章主要对风电主传动系统，特别是齿轮箱的研究意义进行了探究；第二章进行了设计思路的分析，包括对风轮额定转速的设定及发电机的选择；第三章对风电机组主传动系统中的齿轮箱设计进行了详细的计算说明，包括齿轮材料选择、各级齿轮参数，各级轴的尺寸以及箱体选材及结构等；第四章主要对主传动系统中的其他联接结构进行了设计说明，包括主轴轴承及轴承座、主轴联轴器、弹性减震器、输出轴联轴器及制动盘等。

关键词：风电机组 主传动系统 风电齿轮箱 设计

Design of main drive system of 2WM wind turbine

Abstract

Wind energy is an important renewable resource, China's vast land area, rich in wind energy resources.Beginning in 2006, China implemented the "Renewable Energy Law" to encourage the use of renewable energy in the form of law, the implementation of the wind power industry, a variety of incentives and incentives. By the end of 2011, China's wind power installed capacity rose to nearly 62.36 million KW, far more than expected, ranked first in the world.

The development of the wind power industry is inseparable from the design and development of the wind turbine, the design of the main drive system of the wind turbine has been occupying an important position in the whole R amp; D design. The design is mainly for 2MW wind turbine main drive system design, including the spindle, speed gear box, generators and so on. In this paper, the process of design of the main drive system of 2MW wind turbine and the corresponding narration was mainly elaborated.In the first chapter, the main significance of the research on the main drive system of wind power, especially the gear box was studied. In the second chapter the design idea, including the setting of the rated speed of the wind turbine and the choice of the generator was analyzed. In the third chapter ,the design of the gearbox in the main drive system of the wind turbine was described in detail, including the selection of the gear material, the gear parameters of each stage, the size of the shaft and the selection and structure of the box. The fourth chapter mainly focused on the main drive system of the other connection structure was designed, including the spindle bearing and bearing, spindle coupling, elastic shock absorber, output shaft coupling and brake discs and so on.

Key Words: Wind turbine; Main drive system; Wind turbine gear box; Design

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1国内外风力发电研究综述 1

1.2本课题研究的意义 1

1.3目前产品存在的问题 1

1.4设计要求 2

第二章 2MW风电机主传动系统的总体方案 3

2.1 风电机的分类 3

2.2 大型兆瓦级风电机组主传动系统的主要形式 4

2.3 设计思路 5

2.4 发电机的选择 5

2.5 齿轮箱在风电机主传动系统中的布置形式 6

2.6 2MW风电机组主传动系统总体方案的确定 7

2.7 本章小结 8

第三章 2WM风电机组传动系统中齿轮箱的设计 9

3.1齿轮箱的选择 9

3.2确定传动发案 9

3.3齿轮传动的设计 10

3.3.1传动比的分配 10

3.3.2齿轮材料的选择 10

3.3.3配齿计算 11

3.3.4齿轮传动参数计算 13

3.4各级齿轮传动的结构设计 21

3.4.1行星齿轮的结构设计 21

3.4.2平行轴齿轮传动结构设计 22

3.5轴传动的设计与强度校核 23

3.5.1各级齿轮传动轴结构分析 23

3.5.2平行轴级高速轴的设计 23

3.5.3各轴最小直径的确定及轴上轴承的选用 24

3.6箱体结构设计 25

3.6.1箱体结构的设计 25

3.6.2箱体尺寸的确定 27

3.7箱体附件的选择 27

第四章 风电机组主传动系统中其他部件的设计与选用 31

4.1主轴轴承以及轴承座 31

4.2主轴联轴器 31

4.3弹性减震器 33

4.4输出轴联轴器与制动器 33

第五章 总结 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 引言

1.1国内外风力发电研究综述
能源需求越来越多，然而传统能源在地球上储量有限，按照目前的消费速度，化石燃料在几十年内就会枯竭，因此急需开发新型的可再生能源，以替代化石能源，是人类得到长远发展^[1]。风能是一种清洁的可再生能源，与传统能源相比最大的特点在于清洁性和永久性，因为风的形成是由于太阳辐射在全球的分布不均造成的，换句话说就是风能的存在可以一直持续到地球灭亡，在利用过程中相对于其他传统能源来说，没有任何污染物的排放，且在全球分布广泛，可开采范围广^[2]。
在政策的鼓励下，2007年全球风电新装机容量约为2000万千瓦，累积装机9400万千瓦,到2010年中国风电总装机容量位居世界第一^[3]。尽管如此，我国风电技术特别是其中的核心技术，仍然远远落后于发达国家^[4]。

1.2本课题研究的意义

众所周知，工业革命以来，人类无限制地燃烧煤炭、天然气、石油等化石燃料，以致世界性的能源危机加剧和全球环境日趋恶化^[5]。由于风力发电生产周期清洁无污染，因此得到了各国的广泛关注^[6]。

主传动系统的设计是研究风轮旋转的机械能到发电机的电能的转换过程以及零部件的分布方式等,关系着整机系统的运行状况^[7]。

1.3目前产品存在的问题

风电产业的飞速带动了风电机零部件的设计生产制造，其中特别是风电机组齿轮箱的设计生产制造倍受各国关注^[8]。风电齿轮箱是一种增速箱，起到传动与升速的作用^[9]。

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