高效風(fēng)能增速機(jī)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：高效風(fēng)能增速機(jī)系（部）：機(jī)電信息系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：20012年12月26日1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況1.1引言風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)能源，與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電不依賴外部能源，沒有燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)電成本穩(wěn)定，也沒有碳排放等環(huán)境成本；此外，可利用的風(fēng)能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。近年來，隨著我國能源的持續(xù)緊缺及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，風(fēng)能作為最有開發(fā)利用前景和技術(shù)最成熟的一種可再生的清潔能源，越來越受到重視。我國的風(fēng)能資源非常豐富，風(fēng)電技術(shù)也日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展非常迅速。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械，風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最主要的部件，由槳葉和輪毅組成。槳葉具有良好的空氣動(dòng)力外形，在氣流作用下產(chǎn)生空氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過齒輪箱增速，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變成電能。齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中的核心部件，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機(jī)艙內(nèi)，其本身的體積和重量對(duì)機(jī)艙、塔架、基礎(chǔ)、機(jī)組風(fēng)載、安裝維修費(fèi)用等都有重要影響，因此減小齒輪箱外形尺寸和重量顯得尤為重要。同時(shí)，由于維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設(shè)計(jì)壽命為20年，對(duì)可靠性的要求也極為苛刻。載荷特點(diǎn)、工作環(huán)境以及尺寸、重量、可靠性的要求，決定了風(fēng)電增速箱是工業(yè)齒輪箱中設(shè)計(jì)制造難度最大的產(chǎn)品之一。本設(shè)計(jì)的主要目的在于了解風(fēng)電齒輪箱的工作原理、構(gòu)造形式、實(shí)際應(yīng)用等情況后基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算載荷設(shè)計(jì)出合理的發(fā)電齒輪箱及其主要零部件。1.2風(fēng)齒輪箱的結(jié)構(gòu)型式目前國內(nèi)外的大型風(fēng)電齒輪箱的主要結(jié)構(gòu)型式有三種：（1）二級(jí)平行軸，（2）三級(jí)平行軸，（3）一級(jí)行星加二級(jí)平行軸，（4）二級(jí)行星。在大功率的風(fēng)電齒輪箱中主要是第種結(jié)構(gòu)型式，即為一級(jí)行星加二級(jí)平行軸的結(jié)構(gòu)型式。其傳動(dòng)路線是；槳葉傳動(dòng)軸收縮套行星架太陽輪第二級(jí)平行軸大齒輪第二級(jí)平行軸小齒輪第一級(jí)平行軸大齒輪第一級(jí)平行軸小齒輪發(fā)電機(jī)。對(duì)于兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，傳動(dòng)比多在100左右，一般有兩種傳動(dòng)形式:一級(jí)行星十兩級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)，兩級(jí)行星+一級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)。行星傳動(dòng)是典型的低速、重載、變轉(zhuǎn)矩和增速傳動(dòng)。風(fēng)電增速齒輪箱通過行星架輸入風(fēng)輪葉片傳來的轉(zhuǎn)矩，由于行星架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承受力矩最大，質(zhì)量和尺寸也較大，所以它的變形對(duì)行星級(jí)的內(nèi)外嚙合齒輪傳動(dòng)的質(zhì)量和可靠性有很大影響。因此，要求行星架要有足夠的強(qiáng)度、剛度和較小的尺寸、質(zhì)量。1.3風(fēng)電齒輪箱的主要零部件（1）箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動(dòng)質(zhì)量。（2）行星架行星架是行星機(jī)構(gòu)中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，承受力矩最大，要求足夠的強(qiáng)度與剛度，受載變形要小。通常采用整體雙壁式結(jié)構(gòu)。(3)齒輪、軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復(fù)雜，對(duì)齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動(dòng)力的作用而要求極為嚴(yán)格的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當(dāng)齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時(shí)，由于齒輪與軸之間的連接所限，常制成軸齒輪的形式。由于制動(dòng)器一般裝于高速端，瞬間制動(dòng)對(duì)高速軸的沖擊較大，高速軸故障頻率較高，高速軸設(shè)計(jì)安全系數(shù)宜大不小。由于制動(dòng)器一般裝于高速端，瞬間制動(dòng)對(duì)高速軸的沖擊較大，高速軸故障頻率較高，高速軸設(shè)計(jì)安全系數(shù)宜大不小。同時(shí)應(yīng)考慮高速軸維修方便，以在機(jī)艙上能完成維修任務(wù)為佳。(4)軸承由于風(fēng)電增速箱可靠性要求高，要求采用進(jìn)口高可靠性及高性能的軸承，原則上軸承設(shè)計(jì)壽命為13萬小時(shí)。輸入端大軸承采用單列滿滾子軸承較為普遍，對(duì)于中小功率齒輪箱也有采用雙列調(diào)心滾子軸承的。行星輪中間的軸承以采用短圓滾子軸承或雙列調(diào)心滾子軸承為宜。(5)聯(lián)接平鍵聯(lián)接常用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接?；ㄦI聯(lián)接通常這種聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定。過盈配合聯(lián)接過盈配合聯(lián)接能使軸和齒輪（或聯(lián)軸節(jié)）具有最好的對(duì)中性，特別是在經(jīng)常出現(xiàn)沖擊載荷情況下，這種聯(lián)接能可靠地工作，在風(fēng)力發(fā)電齒輪箱中得到廣泛的應(yīng)用。脹緊套聯(lián)接利用軸、孔與錐形彈性套之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力來傳遞動(dòng)力，是一種無鍵聯(lián)接方式，定心性好，裝拆方便，承載能力高，能沿周向和軸向調(diào)節(jié)軸與輪轂的相對(duì)位置，且具有安全保護(hù)作用。1.4風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)兆瓦級(jí)以上風(fēng)電齒輪箱多依賴國外廠商供應(yīng)，成本居高不下，不利于風(fēng)電市場進(jìn)一步大規(guī)模開發(fā)。風(fēng)電技術(shù)的國產(chǎn)化是我國發(fā)展風(fēng)電領(lǐng)域正在面臨的重要課題。而風(fēng)電增速箱又是風(fēng)電機(jī)組中的核心部件，是瓶頸技術(shù)。風(fēng)電增速箱結(jié)構(gòu)往往受機(jī)組選型的限制，國內(nèi)研制出的風(fēng)電齒輪箱多是對(duì)國外產(chǎn)品的單一仿制，由于國內(nèi)外的風(fēng)況、氣候不同，風(fēng)電場使用保養(yǎng)水平、原材料以及制造和安裝水平都不一樣，大部分進(jìn)口或國產(chǎn)齒輪箱都運(yùn)行不足3年而停機(jī)大修，原因有很多，其中設(shè)計(jì)落后是最重要的一方面。國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展前景廣闊，但起步晚，技術(shù)落后，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。在設(shè)計(jì)的過程中綜合考慮質(zhì)量、體積、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全、實(shí)際結(jié)構(gòu)、熱處理、工作環(huán)境等因素，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，是我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)當(dāng)前的發(fā)展要?jiǎng)?wù)。2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要內(nèi)容：本課題需要了解風(fēng)電齒輪箱的工作原理和控制特點(diǎn)，確定計(jì)算載荷，設(shè)計(jì)主要零部件（包括齒輪、軸承和主軸的設(shè)計(jì)），設(shè)計(jì)潤滑、冷卻和加熱系統(tǒng)，完成風(fēng)電變槳機(jī)構(gòu)整個(gè)部件的裝配圖及零件加工圖。研究方法：2.1.1查閱資料，熟悉國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電風(fēng)電齒輪箱的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；2.1.2理解風(fēng)電齒輪箱工作原理及結(jié)構(gòu)分析，確定齒輪箱總裝設(shè)計(jì)思路；2.1.3建立準(zhǔn)確的分析模型，準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分布；2.1.4完成主要零部件設(shè)計(jì)并進(jìn)行強(qiáng)度校核，繪制零件加工圖，選定加工工藝；2.1.5編寫設(shè)計(jì)說明書。3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作3.1重點(diǎn)及難點(diǎn):風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的作用是將風(fēng)力帶動(dòng)的槳葉經(jīng)齒輪箱增速后傳給發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電動(dòng)力傳遞的核心裝置，一旦齒輪箱出了問題，整臺(tái)發(fā)電設(shè)備就處于癱瘓狀態(tài)，而且齒輪箱處于幾十米的高空，維修吊裝極為困難，由于齒輪箱使用工況很不穩(wěn)定，工況極其惡劣，而且要持續(xù)每年天以上運(yùn)行。這些都應(yīng)該在齒輪箱的設(shè)計(jì)中考慮和解決的問題。因此齒輪箱的設(shè)計(jì)必需安全可靠，經(jīng)久耐用。因此風(fēng)力發(fā)電齒輪箱設(shè)計(jì)思想是3.1.1思想上不要局限在國外已有產(chǎn)品的水平上，要打破框框，要根據(jù)國內(nèi)的材料、工藝加工、使用等實(shí)際情況設(shè)計(jì)風(fēng)電齒輪箱。3.1.2核心的問題是提高齒輪強(qiáng)度提高安全系數(shù)，提高可靠性，達(dá)到上述K、W設(shè)計(jì)要求。在提高可靠性的同時(shí)，要保持同型號(hào)的齒輪箱的重量和外形尺寸基本一致，盡可能保持安裝尺寸的通用性，當(dāng)然重量變輕、尺寸能縮小更好。3.1.3由于齒輪箱的維修非常困難，且不經(jīng)濟(jì)，最好做到更換小零件不用吊到地面，在艙內(nèi)就可以進(jìn)行。平時(shí)能最大限度的觀測齒輪箱內(nèi)部的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和檢修。3.1.4軸承的選用以壽命長為原則，在同樣的條件下應(yīng)選用額定負(fù)荷最大的軸承，使用壽命最長。3.1.5徹底解決漏油問題。3.2前期工作：3.2.1查閱了相關(guān)專業(yè)資料為設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備；3.2.2完成和分析最佳方案、文獻(xiàn)綜述；3.2.3完成了總體零件圖的測繪及其工藝性分析；3.2.4進(jìn)行了風(fēng)電增速機(jī)結(jié)構(gòu)的分析，擬訂了備選結(jié)構(gòu)方案。4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）12周：熟悉課題，根據(jù)老師給的資料運(yùn)用AutoCAD等軟件繪制零件圖，翻譯外文資