【《基于CATIA軟件的變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及三維建模研究》10000字（論文）】

基于CATIA軟件的變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及三維建模研究當(dāng)前，世界面臨著能源和環(huán)境兩大難題，在此形勢下，風(fēng)能以其完善的技術(shù)、高核心競爭能力及廣闊的發(fā)展前景正日益受到人們的關(guān)注。本文將運(yùn)用數(shù)字化軟件，參考某型傳動(dòng)系統(tǒng)的二維圖紙，對(duì)變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，構(gòu)建零部件三維實(shí)體模型，首先，本文對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的組成以及變槳距技術(shù)做了簡短介紹，而后，分析了變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、布置型式以及增速齒輪箱的典型結(jié)構(gòu)，對(duì)主軸、聯(lián)軸器、增速齒輪箱、變槳距裝置、機(jī)械制動(dòng)裝置進(jìn)行了具體設(shè)和二級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)增速箱、剛性球形輪轂以及液壓驅(qū)動(dòng)統(tǒng)一變槳距機(jī)構(gòu)。運(yùn)用CATIA軟件完成了變槳距裝置主要零部件的三維建模，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行裝配分析，并進(jìn)行干涉檢查，檢測碰撞結(jié)果，又通過DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬來將變槳距過程可視化，以關(guān)鍵詞：變槳距，傳動(dòng)系統(tǒng)，裝配，DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬 1 11.1.2課題意義 11.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成 3 31.3.2工作狀態(tài) 3 3 4 52.1變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 52.2傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)布置 6 82.4主軸 92.5聯(lián)軸器 2.7增速齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.7.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2.7.2齒輪增速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.8變槳距機(jī)構(gòu) 2.9風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的潤滑 2.9.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的潤滑要求 2.9.2油品的選擇 2.9.3風(fēng)電增速箱潤滑的特殊要求 第三章DMU運(yùn)動(dòng)仿真 3.1運(yùn)動(dòng)分析 3.2運(yùn)動(dòng)模擬 第四章總結(jié)與展望 4.1工作總結(jié) 214.2工作展望 參考文獻(xiàn) 1.1背景和意義當(dāng)前，世界面臨著能源和環(huán)境兩大難題，風(fēng)能以其完善的技術(shù)、高核心競爭能力及廣闊的發(fā)展前景正日益受到人們的關(guān)注，我國對(duì)此給予了高度重視，將其作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和積極應(yīng)對(duì)氣候變化的重要措施，并將其列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。本課題通過數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，探究風(fēng)力發(fā)電變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并進(jìn)由于傳統(tǒng)化石燃料如石油、天然氣、煤炭的耗竭以及對(duì)環(huán)境的污染，使其作為可再生能源的開發(fā)與利用顯得尤為重要。風(fēng)能事業(yè)正是在傳統(tǒng)能源日益枯竭和生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，才得以蓬勃發(fā)展。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，不僅能解決能源危機(jī)問題，而我們國家風(fēng)能資源非常豐富，陸上可利用的風(fēng)能總發(fā)電量達(dá)2.53億千瓦，與靠近海岸的地區(qū)相比較來說，海上風(fēng)力資源更加豐富，可利用的能源更多。但就我國能源結(jié)構(gòu)而言，截至2005年底，全國發(fā)電設(shè)備容量為51718.48千瓦，比上年增長16.91%,其中水電、火電分別占總?cè)萘康?7%、75.67%、1.40%和0.3%,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在其中的份額仍然很低1]。從目前來看，作為重要的可再生清潔能源，我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展水平與國際水平相比仍有較大差距。我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要以進(jìn)口為主，比較依賴于外國廠家。盡管在這期間我國的風(fēng)電技術(shù)小有所成，但風(fēng)電變槳距控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)一直存在1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成風(fēng)力機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備。盡管風(fēng)力機(jī)的形式多種多樣，但其原理和結(jié)構(gòu)基本相同。本文介紹了一種水平軸風(fēng)力機(jī)，這種機(jī)組包括如下幾部分：齒輪增速箱、機(jī)艙底通常由兩到三個(gè)槳葉外加輪轂組成風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪裝置，可以轉(zhuǎn)化風(fēng)能使之變成機(jī)械能。其關(guān)鍵環(huán)節(jié)為輪轂，不僅將風(fēng)機(jī)主軸和槳葉的底端連接在一起，還對(duì)槳葉的變槳距(2)調(diào)速或限速裝置一般來說，風(fēng)速不管怎樣變化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)速度一直要恒定或者在某一許多情況下，無論風(fēng)速如何變化，都要求風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速總保持不變或不超過某一限(3)調(diào)向裝置當(dāng)外部風(fēng)的流向改變時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)整方向裝置可以控制風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)向，以(4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般來說，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸、增速齒輪箱還有聯(lián)軸器。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪主軸的轉(zhuǎn)速一般在10~30r/min范圍內(nèi)，通過齒輪箱增速到發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,經(jīng)齒輪箱的高速輸出軸、聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。(5)發(fā)電機(jī)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在上述主要裝置的基礎(chǔ)上，還增加了變槳距機(jī)構(gòu)。變槳距機(jī)構(gòu)一般有兩類：電驅(qū)動(dòng)變槳和液壓驅(qū)動(dòng)變槳兩大類。液壓驅(qū)動(dòng)變槳裝置中葉片受到液壓活塞的推動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，槳距角發(fā)生變化。另外，電驅(qū)動(dòng)變槳距也是一種重要方法，它利用電動(dòng)機(jī)來控制槳葉，由于其結(jié)構(gòu)緊湊可靠，與液壓變槳距機(jī)構(gòu)不同，液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具有非線性，但電驅(qū)動(dòng)變槳的動(dòng)態(tài)特性比較差，慣性比較大，如果連續(xù)頻繁地變槳距調(diào)節(jié)是通過旋轉(zhuǎn)葉片使其沿葉片的縱軸，改變?nèi)~片的位置，控制風(fēng)輪的吸能，如果風(fēng)速低于額定風(fēng)速，系統(tǒng)將通過變槳系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳的葉片受風(fēng)角度，從而使機(jī)當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速后，系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的受風(fēng)角度，使機(jī)組產(chǎn)生額定的發(fā)電功率，防止其產(chǎn)生過載。葉片在沿長度方向上的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)整葉片的受風(fēng)角度。機(jī)組的變槳系統(tǒng)是靠液壓或電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使3個(gè)葉片保持相同的受風(fēng)角度。控制系統(tǒng)選擇相關(guān)變量的1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，MW級(jí)以上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要應(yīng)用變槳距機(jī)構(gòu)，通常采用液壓和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器兩種方案。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制形式，可以分為三個(gè)槳葉同時(shí)受到同一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；三個(gè)槳葉受三個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)；三個(gè)槳葉受三個(gè)電機(jī)借助于減速裝置分別驅(qū)動(dòng)。且都已應(yīng)用到2.5到6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。液壓驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)包括響應(yīng)頻率快、扭矩大、方便集中布置和集成等，特別適用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作環(huán)境，而電驅(qū)動(dòng)裝置由于其結(jié)構(gòu)簡單、可單獨(dú)控制槳葉等特點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用日益廣泛。但由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片具有強(qiáng)烈的非線性氣動(dòng)特性，不確定的系統(tǒng)參數(shù)，使這類系統(tǒng)的控制具有一定的困難。全球風(fēng)機(jī)制造商及發(fā)展趨勢如下：世界風(fēng)機(jī)制造商30%的全球市場，液壓變槳是其重要產(chǎn)品，至于另外那些廠家則以電變槳為重要產(chǎn)品l2]。大容量風(fēng)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)已經(jīng)較為成熟，其他國家已經(jīng)在該領(lǐng)域應(yīng)用了各在一些風(fēng)電技術(shù)發(fā)達(dá)國家，大量的資金被用于在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝選址和技術(shù)以及風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)等各項(xiàng)技術(shù)展開研究。同時(shí)，國內(nèi)對(duì)于變槳距風(fēng)今后，隨著新材料的應(yīng)用、設(shè)計(jì)水平的不斷提高以及控制技術(shù)的改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線將不斷得到改善，且運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化程度不斷提高。未來的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將更加追求容量大，結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電效率高，壽命長，智能化高，穩(wěn)定性和適應(yīng)性本文通過參考相關(guān)圖紙資料，了解風(fēng)力發(fā)電變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成以及功能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行變槳方式的選擇，以及主要傳動(dòng)零部件包括輪轂、軸承等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并構(gòu)造相關(guān)CATIA零件模型，進(jìn)行裝配，檢查干涉，最后通過DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真來將變槳距第二章變槳系統(tǒng)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)變槳系統(tǒng)所發(fā)揮的功能，可將變槳距風(fēng)力機(jī)分為以下幾種運(yùn)行狀態(tài)，包括：起變槳距風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪葉片在不動(dòng)時(shí)，保持九十度的槳距角，此時(shí)空氣流動(dòng)對(duì)葉片沒有切向作用，即葉片此時(shí)沒有轉(zhuǎn)矩，整個(gè)葉片實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)阻尼板。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉受變槳距裝置的控制慢慢向零度旋轉(zhuǎn)，持續(xù)到氣體流動(dòng)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片產(chǎn)生某一數(shù)值的迎角，此時(shí)風(fēng)輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)。變槳距系統(tǒng)的槳葉距離上的夾角在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，受其轉(zhuǎn)動(dòng)速度信號(hào)控制。調(diào)速器根據(jù)某一升速的傾斜程度計(jì)算出某一速度的參考量，變槳系統(tǒng)根據(jù)這一參考量來調(diào)整槳葉距離上的夾角，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。變槳裝置能夠在某一時(shí)間內(nèi)，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度維持在同步轉(zhuǎn)速左右，尋求最好的并(2)欠功率狀態(tài)“欠功”狀態(tài)說的是因?yàn)轱L(fēng)速與額定風(fēng)速相比較來說過低從而使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率達(dá)不到其額定數(shù)值。和速度控制一樣，在以前的變槳距風(fēng)力機(jī)中，也沒有對(duì)此狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控。此時(shí)變槳距風(fēng)機(jī)與定槳距風(fēng)機(jī)類似，風(fēng)輪葉片的空氣動(dòng)力特性全部決定了其功率，目前采用了雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在此狀態(tài)下可以借助風(fēng)速采集的低頻率分量作為指標(biāo)來調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使之在最優(yōu)的葉尖速度比上運(yùn)行，從而最大限度的利用風(fēng)能。對(duì)所研究的采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其轉(zhuǎn)差速率無法調(diào)整，槳距角只能借當(dāng)風(fēng)的速度大于等于其額定數(shù)值時(shí)，整機(jī)處于額定功率狀態(tài)。這時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)控為做功快慢的調(diào)控，發(fā)電機(jī)做功快慢的指令是變槳系統(tǒng)做出調(diào)控的依據(jù)。調(diào)控指令給出的參考量保持不變，也就是做功快慢不變。與做功快慢反饋指令的參考量相第二章變槳系統(tǒng)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常規(guī)風(fēng)力機(jī)采用的是齒輪增速器，其傳動(dòng)方式主要包括以下四種[5]。風(fēng)輪的主軸通過兩個(gè)軸承基座來進(jìn)行支承，一個(gè)軸承安裝在輪轂附近當(dāng)確定不動(dòng)的一端，剩下一個(gè)軸承當(dāng)不確定的一端，如圖2.1。這種布置方式使得風(fēng)輪的大部分載荷由主軸及其軸承來承受，減小了齒輪箱受風(fēng)輪負(fù)荷突變的影響，并且最穩(wěn)定；但也因此造成軸系比較長，使機(jī)艙體積、重量增加，而且越大的機(jī)組功率，主軸直徑和長度越大，機(jī)艙布置吊裝難度也就越大。這種方法實(shí)際上就是基于“兩點(diǎn)式”,將主軸軸承省略，由主軸前端軸承和齒輪箱兩側(cè)的支承共同組成，如圖2.2。此種方式將軸向尺寸進(jìn)行了縮短，使結(jié)構(gòu)簡單化，但對(duì)于齒輪箱承載能力提出了更多的要求，同時(shí)產(chǎn)生的噪音比較大。(3)“一點(diǎn)式”布置“一點(diǎn)式”布置型式將風(fēng)輪主軸進(jìn)行了省略，借助較大滾動(dòng)軸承將風(fēng)機(jī)輪轂的法蘭支承在機(jī)艙框架上，如圖2.3所示。彎曲剪力造成的扭矩不會(huì)引起齒輪增速箱的低速軸改變形狀。另一種“一點(diǎn)式”布置省去主軸，將齒輪箱的箱體與機(jī)艙支架一體化，如圖2.4,更加緊湊化了整個(gè)傳動(dòng)裝置，但與此同時(shí)加大了傳動(dòng)鏈前軸承、齒輪箱的設(shè)計(jì)難度，并且提出更高的關(guān)于零部件強(qiáng)度和性能的要求。這種布局是把主軸、主軸承和齒輪箱結(jié)合在一起，齒輪箱內(nèi)放置主軸，采用花鍵或過盈連接來連接主軸和第一級(jí)行星輪，箱體傳遞風(fēng)輪的負(fù)荷給主機(jī)架，如圖2.5所示。該傳動(dòng)方案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，風(fēng)輪和主軸之間的裝配方便，齒輪箱內(nèi)放置主軸，有良好的潤滑表現(xiàn)，然而，此種布置導(dǎo)致齒輪增速箱的箱體直接受到來自風(fēng)輪的負(fù)載，嚴(yán)重影響了齒輪以及軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)。第二章變槳系統(tǒng)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入軸(主軸)主軸后軸承空心軸2級(jí)行星齒機(jī)構(gòu)輸出級(jí)本文將選用“三點(diǎn)式”布置型式來設(shè)計(jì)變槳距機(jī)組。葉片的基座為輪轂，風(fēng)輪由葉片安裝在輪轂上組成，葉片由輪轂與主軸相連，變槳機(jī)構(gòu)安裝在輪轂上。由風(fēng)輪葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過主軸傳遞到齒輪箱。輪轂的結(jié)構(gòu)形式取決于方案設(shè)計(jì)，風(fēng)力機(jī)有三種基本形式：剛性輪轂；連接葉片和主軸的連接部件可實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的蹺蹺板式葉片輪轂；兩個(gè)葉片或一個(gè)葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用得較多的是鉸接式葉片輪轂。球形剛性風(fēng)機(jī)輪轂適用于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，球鐵件輪轂直接安裝在主軸上[7]。本文采用三葉片變槳距，故采用的是剛性球形輪轂，輪轂上的三個(gè)變槳軸承法蘭可以安裝3個(gè)變槳軸承與3個(gè)葉片(圖2.6),同步變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在球形輪轂內(nèi)。該種輪轂制造成本低、維護(hù)少、無磨損。常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸作為風(fēng)輪裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，對(duì)風(fēng)機(jī)輪轂有支承作用，還起到把風(fēng)機(jī)輪轂所受的力矩傳送到齒輪增速箱的作用，如圖2.7所示。圖2.7主軸除了風(fēng)輪外部載荷影響作用于主軸上的載荷外，風(fēng)輪(主軸)的支承形式和主軸支承的相對(duì)位置也會(huì)影響主軸載荷。公式中，A是物料相關(guān)系數(shù)，A取105;P是風(fēng)輪主軸所傳達(dá)的功率大小，單位是kW;n是風(fēng)輪主軸的旋轉(zhuǎn)速度，單位是r/min。設(shè)風(fēng)輪主軸的旋轉(zhuǎn)速度為18r/min,其從風(fēng)輪接收到的功率為P?=0.55kW,則d≥兩傳動(dòng)軸由聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接，聯(lián)軸器一般包括兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)和連接件。他們之間一風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速較低的那個(gè)軸的端□(風(fēng)輪主軸和齒輪增速箱低速軸軸之間的連接地方)一般使用脹套式聯(lián)軸器。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：制作過程和安裝相對(duì)容易，對(duì)于該風(fēng)輪主軸和相對(duì)應(yīng)的孔的生產(chǎn)精確程度要求較低；可以承受較重的負(fù)載；可供使用的壽命長，強(qiáng)2.6機(jī)械制動(dòng)裝置機(jī)械式制動(dòng)器是利用摩擦力使運(yùn)動(dòng)部件減停的裝置。為了減小制動(dòng)力矩并減小制動(dòng)式制動(dòng)器，它能沿制動(dòng)盤施加軸向壓力，有較小的徑向尺寸，實(shí)現(xiàn)了被制動(dòng)軸無彎矩，2.7增速齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益成熟，風(fēng)電機(jī)組也正在向大型化方向發(fā)展，由于環(huán)境比較惡劣、人煙稀少的地區(qū)一般風(fēng)能資源較豐富，而風(fēng)電場的選址中風(fēng)能分布又是必要因素。因此，考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在裝機(jī)、傳動(dòng)效率、維修保養(yǎng)等方面的原因，提高風(fēng)力機(jī)的根據(jù)有沒有齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以劃分為帶有增速齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和半直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。從其特點(diǎn)可以看出，雖然直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組可以簡化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，但由于風(fēng)力機(jī)容量不斷發(fā)展為大型化，太大的低速發(fā)電機(jī)造成了運(yùn)輸和吊裝困難，再加上制造成本較高，人們不得不回頭去考慮怎樣減少機(jī)構(gòu)的體積以及重量，并且降低成本。合理地使用齒輪增速器或功率分流器可以有效地解決這一問題。齒輪箱的安裝位置位于機(jī)艙的狹小空間內(nèi)，如果發(fā)生了故障，就會(huì)給修復(fù)帶來很大的困難，因此要求其具有很高的可靠性以及使用壽命。兆瓦級(jí)齒輪箱采用一級(jí)行星傳動(dòng)、二級(jí)平行軸傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)[9較多?；谏鲜龇治?，本次設(shè)計(jì)的增速箱采用行星輪系統(tǒng)的傳動(dòng)方式，參考圖2.8為傳動(dòng)方案，參照《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算行星輪系的傳動(dòng)比并計(jì)算齒輪與軸。風(fēng)力機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，受力比較復(fù)雜，除需滿足機(jī)械強(qiáng)度外，還應(yīng)具有抗低溫冷脆，抗冷熱溫差影響等。且6級(jí)加工精度為外齒輪加工精度的最低標(biāo)準(zhǔn)。2.7.2齒輪增速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)所要求的，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須在2000r/min左右。普通兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的傳動(dòng)比一般為100[10],根據(jù)上述分析，本文設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比為1:100,因?yàn)樗俣仍黾虞^大，本文選用一級(jí)行星齒輪+兩級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)。(1)傳動(dòng)比的分配根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，已知風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為n發(fā)=18r/min,馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)速度nm=1800r/min,那么總的傳動(dòng)比大小為在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的過程中，很關(guān)鍵的一個(gè)步驟就是如何有效地分配傳動(dòng)比。通常為：高速級(jí)的傳動(dòng)比比低速級(jí)低。故選擇二級(jí)定軸齒輪傳動(dòng)比(2)行星齒輪選用滿足的幾何條件式中P為整數(shù)。(3)傳輸部件的參數(shù)計(jì)算①各軸的轉(zhuǎn)速n(r/min)②各個(gè)軸的輸入功率風(fēng)輪、低軸速Ⅱ軸、高軸速IV軸的輸入功率分別為Pπ=PIncnmNgNsN1式中：ηc為聯(lián)接效率；ng為兩軸承之間的效③各軸的輸入轉(zhuǎn)矩如下風(fēng)輪軸I低速軸Ⅱ中間軸Ⅲ44(4)齒輪的參數(shù)選擇①選擇形角α。為了提高強(qiáng)度，齒輪的標(biāo)準(zhǔn)齒形角為20°,有時(shí)還采用大齒形角，是由于齒輪的齒厚和接點(diǎn)處的齒廓曲率半徑從而降低噪聲和動(dòng)載荷，但會(huì)降低齒輪的強(qiáng)度。在實(shí)踐②選擇模數(shù)m。當(dāng)齒面受彎強(qiáng)度滿足要求時(shí)，選用較小的模數(shù)，可增加齒輪副的程中存在的質(zhì)量問題，也增加了斷裂齒輪的危險(xiǎn)。因此實(shí)③齒數(shù)z。齒輪根切限制了齒數(shù)。小型齒輪需要最少的齒數(shù)。對(duì)一定尺寸的齒輪來說，齒數(shù)的增加和模數(shù)的減少可以明顯改善傳使傳動(dòng)平穩(wěn)性提高，但會(huì)引起很大的軸向力，一般取β=8°~15°。⑤齒寬b。齒寬是確定齒輪承載能力的主要尺寸之一，但隨著齒寬的增大，載荷沿第二章變槳系統(tǒng)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)⑥齒輪箱的噪聲等級(jí)。風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85~100dB(A)左右。噪聲主要來源于各傳動(dòng)部件，應(yīng)采取相應(yīng)降低噪聲的措施。(5)齒輪箱可靠性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱在隨機(jī)的脈動(dòng)風(fēng)載荷下工作，要求使用壽命至少為20年。在風(fēng)力機(jī)工作環(huán)境十分特殊的情況下，經(jīng)常受到較大的沖擊荷載作用，因此風(fēng)力機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)必須采用動(dòng)態(tài)荷載譜。本文采用的是液壓變槳方式，液壓缸安裝在齒輪箱后面，如圖2.12,推動(dòng)絲桿與液壓缸連接，其靠前部分和同步盤穩(wěn)定連接，在同步盤上通過向心關(guān)節(jié)軸承裝有三個(gè)同型號(hào)的連桿，其分別與輪轂上三個(gè)葉片的位置相對(duì)應(yīng)，同時(shí)連桿和偏心盤也通過向心關(guān)節(jié)軸承連接，偏心盤固定在槳葉法蘭上。在風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)速儀向控制中心傳達(dá)風(fēng)速的狀態(tài)信息，并對(duì)其發(fā)出指令控制液壓驅(qū)動(dòng)缸推動(dòng)絲桿作來回直線運(yùn)動(dòng)，與推動(dòng)絲桿相連接的同步盤也隨之往復(fù)移動(dòng)，通過連上述變槳距機(jī)構(gòu)可簡化為以下曲柄連桿機(jī)構(gòu)(圖2..13)。由此可得質(zhì)量為dm的B點(diǎn)的離心力為由幾何關(guān)系得由圖2.12可以得到如下等式對(duì)于槳葉軸的力矩dTc=dF·ACAC=asinψ故式中，r為槳葉的重度；ds為葉素微元面積；dr為葉素微元半徑。將坐標(biāo)變幻則dJxy=xyds=(x'cosψ-y'sinψ)式中xyds=dJxy是xy軸受質(zhì)量小塊的離心力而引起的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。假設(shè)，主慣性軸為x'y軸，故x'y'ds=0,因此，則旋轉(zhuǎn)槳葉繞槳葉軸的轉(zhuǎn)矩為,總共三個(gè)葉片，故T=3T?=根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空間限制、安裝檢修等要求，為避免死點(diǎn)與極限位置壓力角過大槳葉驅(qū)動(dòng)力第二章變槳系統(tǒng)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以得出風(fēng)力葉片的變槳距角度范圍是-2~88°;變槳距的角速度為8°/s;活塞推動(dòng)桿重量為2500kg,通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算得到推動(dòng)絲桿的行程是190mm。風(fēng)力機(jī)分布范圍十分廣泛，不同地區(qū)的環(huán)境條件區(qū)非常大。靠近海岸地區(qū)的空氣濕潤程度較大，鹽霧比較嚴(yán)重，每年平均氣溫比較高；而北方溫差大，冬天冷，風(fēng)沙強(qiáng)烈。對(duì)封閉式潤滑系統(tǒng)而言，溫差因素需要首要考慮，而其他因素的影響相對(duì)較小。由于風(fēng)力機(jī)工作溫度通常不高于40℃,并且運(yùn)行的時(shí)間不長。所以，除了發(fā)電機(jī)軸承特殊考慮以外，風(fēng)力機(jī)使用的潤滑油(脂)通常對(duì)其高溫使用性能沒有特定要求。對(duì)于油類產(chǎn)品的低溫性能，不同工作環(huán)境溫度的風(fēng)力機(jī)的要求也不一樣。。正確選用潤滑油是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行的重要條件之一[16]。(1)風(fēng)力機(jī)常用的軸承布置形式包括：風(fēng)輪主軸與主齒輪箱整裝布置，軸承和齒輪箱共用同一個(gè)潤滑系統(tǒng)，用潤滑油強(qiáng)制潤滑；主軸單獨(dú)安裝了兩套主軸承，用潤滑脂分別對(duì)軸承座完成潤滑。(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承通常不止一個(gè)潤滑點(diǎn)，并且一般由人工來加注潤滑油，少部分采用自動(dòng)潤滑的方式。全功率工作時(shí)，位于發(fā)電機(jī)的軸承會(huì)產(chǎn)生較高的運(yùn)行溫度，高于70℃,所以對(duì)于該部位所用潤滑脂的高溫性能提出了更高的要求。(3)盡管偏航回轉(zhuǎn)軸承和齒圈偏航回轉(zhuǎn)軸承需要受到較高的負(fù)載，但由于其旋轉(zhuǎn)速度很慢，并沒有提出某些特別的需求，只需要按時(shí)加入一定油脂就好。(4)調(diào)距裝置不管是液壓裝置還是電動(dòng)裝置，都需要借助機(jī)械機(jī)構(gòu)來完成變槳距動(dòng)作，因此應(yīng)重點(diǎn)潤滑變槳距的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.9.3風(fēng)電增速箱潤滑的特殊要求風(fēng)電機(jī)組的增速箱傳遞的功率大，輸入轉(zhuǎn)速低，加之風(fēng)電設(shè)備要求緊湊，對(duì)齒輪箱有嚴(yán)格的質(zhì)量限制，因而使增速箱經(jīng)硬化的齒面承受非常大的應(yīng)力。增速箱輸入端是重載低速，對(duì)潤滑油的負(fù)載承受能力要求高。而輸出端存在高速剪切。通常增速箱都使用第三章DMU運(yùn)動(dòng)仿真3.1運(yùn)動(dòng)分析由第二章可知，變槳距機(jī)構(gòu)在進(jìn)行變槳時(shí)，由推動(dòng)絲桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)同步盤前后移動(dòng)，通過與之相連的連桿推動(dòng)偏心盤旋轉(zhuǎn)，偏心盤與變槳軸承內(nèi)圈相接，使固定在變槳軸承法蘭上的葉片隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，完成槳距角的改變。3.2運(yùn)動(dòng)模擬本文采用CATIA軟件數(shù)字化裝配里面的DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊來模擬了變槳距機(jī)構(gòu)改變槳距角的過程。如圖3.1所示是推動(dòng)絲桿處于最小位移且不動(dòng)時(shí)的變槳輪轂和槳葉的角度，此時(shí)葉片的槳距角為0°。圖3.1葉片槳距角為0°當(dāng)變槳推動(dòng)絲桿向前移動(dòng)后，葉片發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，槳距角逐漸增大，如圖3.2,下圖3.3是變槳距推動(dòng)絲位移到到最大位置的時(shí)候變槳輪轂和葉片的角度，葉片進(jìn)入全順槳狀態(tài)。第三章DMU運(yùn)動(dòng)仿真圖3.2變槳過程中圖3.3葉片全順槳第四章總結(jié)與展望本文在學(xué)習(xí)了解了風(fēng)力發(fā)電變槳距裝置的構(gòu)成和功用的基礎(chǔ)上，對(duì)變槳距傳動(dòng)系統(tǒng)的輪轂、主軸、聯(lián)軸器、增速齒輪箱及變槳距結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，選用“三點(diǎn)式”布置、一級(jí)行星和二級(jí)平行軸齒輪傳動(dòng)增速箱、剛性球形輪轂以及液壓驅(qū)動(dòng)統(tǒng)一變槳距機(jī)構(gòu)。運(yùn)用CATIA軟件完成了變槳距裝置主要零部件的三維建模，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行裝配分析，并進(jìn)行干涉檢查，檢測碰撞結(jié)果為0,又通過DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬來將變槳距過風(fēng)輪主軸與增速齒輪箱低速軸采用脹緊套剛性連接，齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)連接，液壓缸安裝在齒輪箱后面。隨著風(fēng)力速度改變，風(fēng)力速度的有關(guān)信息將會(huì)通過風(fēng)速儀傳送至調(diào)控機(jī)構(gòu)，使之產(chǎn)生信號(hào)調(diào)控液壓缸推動(dòng)推動(dòng)絲桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與絲桿相連的變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)隨目前逐步向大型化發(fā)展的單機(jī)容量的變化，由于其較高的效率以及更廣范圍的適用性，人們對(duì)于其重視程度越來越高。今后，隨著新材料的應(yīng)用、設(shè)計(jì)水平的不斷提高以及有關(guān)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線將持續(xù)得到完善，且工作過程中的穩(wěn)定性以及智能化程度將不斷提升。未來的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將更加追求單機(jī)容量大，結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電效率高，壽命長，智能化高，穩(wěn)定性和適應(yīng)性強(qiáng)，[4]劉萬琨，張志英，李銀風(fēng)等.風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008[5]陳旭.變槳距風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018,(27):192-193[6]谷繼孟.大型風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)的仿真研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2017[7]MounaBenSmida,AnisSakly.PitchAngleContEnergyandSustainableDevelopment,2015,1(1).[9]戴振東，岳林.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006[10]XiboYuan,YongdongLi.Controlofvari