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-1-目录摘要·····················································2第1章引言··············································3第2章总体方案设计······································6第3章行星轮传动设计计算································8第4章行星齿轮静强度校核································48第5章行星轮轴强度计算··································54第6章花键强度计算······································56第7章太阳轮—花键轴扭转强度计算························60第8章轴承校核··········································66第9章感想··············································72参考文献·················································73-2-3MW风机偏航减速器的设计【摘要】本次毕业设计的任务是设计3MW风力发电机组中的偏航减速器，经过设计计算和校核计算，完成了所有的数据，并绘制出了图纸。本文对3MW风力发电机偏航减速器的设计过程进行了阐述。在本文中，首先介绍了风力发电机的发展和构成，其次介绍了偏航减速器在风力发电机组中的作用以及它的发展情况。然后根据设计任务和技术要求，设计了整体方案。确定整体方案后，对偏航减速器的所有零部件进行了设计计算和校核计算，其中主要包括齿轮的设计和校核，行星齿轮的静强度校核，行星轮轴的设计和强度计算，花键的选定和强度计算，太阳轮-花键轴的设计和扭矩强度计算，轴承的选定和寿命计算。还设计了偏航减速器的其他零部件和箱体，最后完成了所有的设计计算。关键词：风力发电机、偏航减速器、齿轮、花键、轴、轴承Thedesignoftheyawspeedreducerin3MWwindturbine[Abstract]Thetaskofthisgraduationprojectisthedesignofyawspeedreducerin3MWwindturbine.Afterthedesigncalculationsandcheckcalculations,Icompletedallofthedata,anddrawouttheengineeringdrawings.Thearticledescribedthedesignprocess.Inthisarticle,Idescribedthedevelopmentandcompositionofthewindturbinefirst.Andthen,Iintroducedthefunctionoftheyawspeedreducerinthewindturbineaswellasitsdevelopment.Then,accordingtothedesigntasksandtechnicalrequirements,Idesignedtheoverallprogram.Afterdeterminingtheoverallprogram,Ifinishedthedesigncalculationsandcheckcalculationsofallpartsoftheyawgear.Whichmainlyincludethedesignandverificationofthegear，Thestaticstrengthcheckoftheplanetarygear，Thedesignandstrengthcalculationsoftheplanetaryaxle,Theselectionandstrengthcalculationsofthespline,Thedesignandtorquestrengthcalculationofthesungear-splineshaft,Theselectionandlifespanningofthebearings.Alsodesignedtheotherparesandtheboxoftheyawgear,Finallycompletedallthedesigncalculations.Keys:Windturbine,Yawspeedreducer,Gear,Spline,Axis,Bearing-3-第1章引言1.1风力发电和风力发电机简介风力发电机是将风的动能转换为电能的系统。风力发电机由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电具有以下两个方面的优点：一、风能发电对于环保贡献巨大。风能资源量大质优，风力发电优势突出，世界性范围内风电发展迅速。到达地球2%的太阳能可转化成风能，以此来计，风能总量比水能更大，有人算过，只需地面风力的1%，就能满足全球发电能量需要。而且风能发电对环境无任何破坏，只要修建必要的采风发电装置即可，不像水能发电那样需要修建大坝蓄水发电，必然会对环境做出一些不可自恢复的改变，会影响当地的生态发展和原始的自然景观，有时甚至会影响到原住民的生活。对于由发电而引起的温室气体排放问题来说，燃煤火电最严重，燃油火电次之，核电较少，风电最少。核电虽然和风电的温室气体排风量差不多，相比火电小了两个数量级，但是核电的污染问题目前还没办法解决，因此风力发电有着得天独厚的优势。从经济角度衡量，风力发电优势更加巨大，可谓一本万利，只需前期建设发电设备和后期的较少的维护费用即可，并不需要像火电核电那样无限期的投入日渐高昂的成本。此外火电核电等热电设备还必须耐受高温高压，风电则没此多余的担心。二、风力发电在世界范围发展迅速。由于意识到风力发电的巨大优势，世界各国都开始竞相发展风力发电。世界性的风电发展以前所未有的速度进行着，全世界的风电在1999年已经达到了1万MW，而更值得惊奇的是这个数字在2000年的时候就已经翻了一番达到2万MW以上，2005年的时候又超过了3万MW。风电发展主要以欧洲为主，占到了风电总量的2/3，北美占到了1/5，亚洲是1/8。德国作为风电第一大国，风力发电总量是15688MW，占全国发电量的6.2%，占世界风电总量的33%。由于风电的发展使德国的温室气体排放量大为减少，2004年德国新建1200多台发电用风车，装机容量超过2000MW，居世界首位。而目前相对风电量最大的是丹麦，目前的风电总量已经超过了全国发电总量的10%，丹麦规划到2030年，风力发电将占总发电装机的50%。我国的风电事业发展也较为迅速，已从1997年排列在世界第10位而跃居到现在的第8位，预计今后还将有更大的进步。我国的风力资源相当丰富，居世界首位，因此发展潜力十分巨大。目前开发还很不足，主要在内蒙、新疆和沿海一些地区，但是还没有形成真正的规模，有待于进一步的开发和探索。-4-1.2风力发电技术的国内外发展现状1.2.1国外的发展现状在一些发达国家，风力发电的建设已经到了一定的成熟阶段。欧、美已有多个风电公共平台，例如欧洲风能研究院（NWTC、EAWE）、德国风能研究所（DEWI）等。在德国，风能是居水力发电后最重要的再生能源来源，风力发电在德国电力生产中所占的比例已达到2.5%。目前，德国共拥有9400座风力发电机，总容量近6100兆瓦，占欧洲大陆风能发电总容量的50%，全球风能发电总量的三分之一。在未来10年里，德国风力发电在电力生产中所占的比例将达到3.5%。美国是世界上最早重视风力发电的国家之一，1994年时装机容量（163万kW）就占当年全球风电装机容量的53%。虽然电力工业改组引起的混乱使美国1991-1996年的风电业没有太多增长，但随着电力工业改组的完成，到2000年时，每年至少可交付30万kW的风电机组产品，形成40亿美元的风机产业，风电平均价格将低于4min/kW。到2050年时，全类风力发电将占全国电力用量的10%。印度从20世纪90年代以后大力引进国外技术，并采取有力的政策措施促进风力发电的发展。1995年是其风电装机容量增长最快的一年，增量达37.5万kW，装机总量达56.5万kW，1996年又上升到81.6万kW，超过丹麦，成为世界第三个风力发电最多的国家。荷兰、英国等国的风电事业也在迅速发展。1.2.2国内的发展现状风力发电是一种比较清洁的发电体系，我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。但是，风力发电要求的技术含量较高，成本高，对风装置用不长久。其中，风力发电对风装置的研制还处在初期阶段。风力发电作为未来可取代传统能源的“绿色能源”之一，其发展的速度在诸如太阳能、生物质能和潮汐能等可再生能源中是最具有市场化规模及前景的。虽然我国的风电事业起步比较晚，但在国家政策大力支持下，过去10年的风力发电装机容量年均增长速度达到了55%以上，前景很好。1.2偏航减速器简介世界各国的风力发电机除了有一台将螺旋桨的低速转动变为适合发电的高速转动的增速机之外，还有4至6台偏航减速机，在风向发生变化时，及时将发电机转到对准风向。作为风电发电系统的重要组成部分，偏航驱动系统主要功能就是捕捉风向，控制机舱平稳、精确、可靠的对风。因此，偏航驱动系统的设-5-计显得十分重要。偏航减速器中包括3—6级行星齿轮减速装置，电机输入轴以及输出轴和输出齿轮等部件。在高速重载的情况下通过行星齿轮减速来达到速度要求和扭矩要求。1.3课题意义我国国内生产风力发电对风装置的厂家很少，其中重庆齿轮厂在这方面的研究最为突出。主要是因为这种减速装置需要承受特别大的载荷，所以要求各个零部件的可靠性高。它的工作环境非常恶劣，一般是安装在沙丘和海边，工作温度为-20℃—50℃。而且，偏航减速器的安装位置很高，一般安装在塔台上，所以维修及其困难，所以，一般要求偏航减速器的工作寿命达到20年。因此，偏航减速器的可靠性是各个研究所和生产厂家重点研究的内容。在这样的背景下，提出关于偏航减速器的设计这个课题，是符合现代的生产潮流和需求的。设计一个可靠性高，生产成本低的偏航减速器对风力发电具有极其重要的作用。-6-第2章总体方案设计2.1技术要求1、设计、计算及精度要求1）偏航减速器所有齿轮的齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核计算应符合ISO6336的相关规定。2）偏航减速器的所有齿轮的静强度计算应符合ISO6336的相关规定。3）对采用的轴承必须根据静态载荷和使用寿命来确定轴承的规格，轴承的计算应符合ISO76和ISO281的相关规定。4）偏航减速器内太阳轮和行星轮的精度要大于或等于6级，内齿圈精度不低于7级。5）螺纹连接部分的计算应按照GB/T16823.1-1997的相关规定进行，螺纹强度等级不低于8.8级。6）偏航减速器前三级采用齿圈过盈内置的方式，须提供设计依据和计算过程。7）偏航减速器必须采用油杯内置结构。2、材料要求偏航减速器的材料应根据设计计算进行材料选择，其主要零部件材料应按下列材料进行选取：太阳轮17CrNiMo6行星轮17CrNiMo6输出轴17CrNiMo6内齿圈42CrMoA2.2主要技术参数1、偏航减速器技术要求额定功率4.8KW额定输入转速950RPM额定输出力矩60000N·m最大输出力矩150000N·m传动比1300±5%使用场合系数KA:1.3使用场合系数Ka（静态）：1.0接触强度安全系数SH:≥