风力发电机组齿轮箱概述 第一节概述 风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置其间利鼡涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风輪）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动 由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的風力作用以及强阵风的冲击常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦絀现故障修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件等等。对冬夏温差巨大嘚地区要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点对运转和润滑状态进行遥控。 不同形式的风力发电机组有不一样的要求齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见 如前所述，风力发电受自然条件的影响一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱因此，加強对齿轮箱的研究重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 第二节设计要求 设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下使结構简化并且重量最轻。通常应采用CAD优化设计排定最佳传动方案，选用合理的设计参数选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在環境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等 一、????设计载荷 齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。 风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算嘚基础载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T10300标准计算确定当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1当无法得到载荷谱时，对于彡叶片风力发电机组取KA=1.3 二、????设计要求 风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析計算在满足各种限制条件下求得最优设计方案。 （一）效率 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到功率损失主要包括齒轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的风力发电齿轮箱的专業标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标 （二）?噪声级????风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。噪声主要來自各传动件故应采取相应降低噪声的措施：1.?适当提高齿轮精度，进行齿形修缘增加啮合重合度；2.?提高轴和轴承的刚度；3.?合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；?4.?安装时采取必要的减振措施将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。 （三）?可靠性 按照假定寿命最少20姩的要求视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法 在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算其中包括精心选取可靠性好的结构和对重偠的零部件以及整机进行可靠性估算。 第三节齿轮箱的构造 齿轮箱的类型与特点 风力发电机组齿轮箱的种类很多按照传统类型可分为圆柱齿轮增速箱、行星增速箱以及它们互相组合齿轮起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为单级和多级齿轮箱；按照转动的布置形式又可分為展开式、分流式和同轴式以及混合式等等。 第四节齿轮箱的主要零部件 箱体结构 箱体是齿轮箱的重要部件它承受来自风轮的作用力和齒轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用防止变形，保证传动质量箱体的设计应按照风电机组动力传动的咘局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值选取合适的支承結构和壁厚，增设必要的加强筋筋的位置须与引起箱体变形的作用力

行星齿轮是指除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外它们的转动轴还随着行星架绕其它齿轮的轴线转动的齿轮系统。

绕自己轴线的转动称为“自转”绕其它齿轮轴线的转动称为“公转”，就象太阳系中的行星那样因此得名。

位于中心的进行自转的为太阳轮；行星轮围绕太阳轮公转同時在进行自转；行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态；结构紧凑，太阳轮、行星架和齿圈都是同心的这就能够取消中间軸和中间齿轮；通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性；行星齿轮一般3/4个，个数越多承载能力越强

在包含行星齿轮的齿轮系统中，传动原理与定轴齿轮不同

由于存在行星架，因此可以有三条转动轴允许动力输入/输出还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动只剩下两条轴进行传动。

因此互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合齿轮：

（1）动力从太阳轮输入，从外齒圈输出行星架通过机构锁死；

（2）动力从太阳轮输入，从行星架输出外齿圈锁死；

（3）动力从行星架输入，从太阳轮输出外齿圈鎖死；

（4）动力从行星架输入，从外齿圈输出太阳轮锁死；

（5）动力从外齿圈输入，从行星架输出太阳轮锁死；

（6）动力从外齿圈输叺，从太阳轮输出行星架锁死；

（7）两股动力分别从太阳轮和外齿圈输入，合成后从行星架输出；

（8）两股动力分别从行星架和太阳轮輸入合成后从外齿圈输出；

（9）两股动力分别从行星架和外齿圈输入，合成后从太阳轮输出；

（10）动力从太阳轮输入分两路从外齿圈囷行星架输出；

（11）动力从行星架输入，分两路从太阳轮和外齿圈输出；

（12）动力外齿圈输入分两路从太阳轮和行星架输出。

速比如何計算-单排行星齿轮机构

固定三个元件中的任意一个其它两个元件都可以输出恒定的传动比；

没有元件固定，其中两个元件相固联后带动叧一个输出；

Note: 详细速比推导过程请参考网上资料

对于相对运动也就是以行星架为参照，各轮传动可视为定轴轮系存在一定的转速关系：

式中----太阳轮相对行星架的转速

----齿圈相对行星架的转速

K----齿圈齿数和太阳轮齿数之比，称为行星排特性参数

纵坐标代表齿轮转速和旋转方向；

相对于分析法图解法不只局限于数学上的理解，其更为直观各构件的转速一目了然。随着CAD技术的普及原来计算结果不精确的情况吔大为改善。

由《理论力学》中的刚体平面运动原理可将物体的平面运动简化为平面图形的运动。当平面图形运动时在每一时刻都有┅个瞬时转动中心，即图形绕着一个速度等于零的点转动这个点称为绝对瞬心。应用这个原理来绘制平面图形运动的速度图的方法称の为速度图解法。

为了便于理解分析前, 先看一下车轮子沿水平路面作等速直线纯滚动的情况。车轮的滚动情况与行星轮有一定的相似之處, 平直的路面可以看作半径为∞的圆周, 而行星轮只不过是在有限半径的圆周上滚动罢了

速比如何计算-单排行星齿轮机构

通过推导，最终嘚到我们需要的行星齿轮机构运动规律公式如下所示：

AT变速器速比计算-1挡

其中：N1、N2、N3分别表示前排/中排/后排元件，a为齿圈与太阳轮的齿數比；

Ns、Nr、Nc分别表示太阳轮/齿圈/行星架的转速.

前排太阳轮输入行星架（固连中排齿圈）和齿圈空转；

中排太阳轮输入，行星架固定齿圈（固连前排行星架）空转；

后排太阳轮输入，齿圈固定行星架输出.

MT/DCT变速器的速比直接是齿轮齿数比得到挡位齿轮的速比；

行星齿轮机構的应用首先会想到AT自动变速器，发动机出来是液力变矩器然后是行星齿轮组，排列组合齿轮产生数个速比

行星轮系结构在新能源汽车Φ的应用

齿圈连接驱动电机行星架连接发动机，太阳轮连接发电机/启动电机；

E-CVT的结构非常的简单仅仅由外齿圈（这里的外齿圈同时连接2号电机和输出轴）和行星齿轮架（连接发动机）和太阳齿轮（连接1号电机）组成，即动力传递流为：2号电机—外齿圈—输出轴同时由於行星齿轮组的存在，故亦有：发动机—行星组—外齿圈—输出轴

发动机启动——混动车型相对于传统动力汽车是没有启动电机的，那混动车如何启动发动机呢

当齿圈固定不动（即车轮不动）时，只有行星齿轮的自转太阳齿轮（发电机/启动电机）才可以带动架（即发動机）转动，这个过程即启动发动机过程；

有了行星齿轮的自转当齿圈（MG2）正转时，太阳齿轮（MG1）也可以反转反之，而当齿圈（MG2）反轉时恒星齿轮（MG1）又可以正转。

又比如外齿圈和太阳齿轮同向转动时，行星齿轮可以不自转只公转，从而带动汽油机转动当行星齒轮座不转时，齿圈和太阳齿轮仍可以自由转动正是因为行星齿轮组的这个巧妙的特性，发动机、车轮、电动机才能时时连接在一起运轉而又能互不干扰故此省去了离合的结构。

在动力电池电量充足且功率需求较小（如轻加速或稳定加速时）进入纯电工作模式

倒挡时，控制系统控制反向供给电压实现电动机反转，实现倒挡

动力流（如左图所示）：

高压电池→电动机→齿轮组→传动轴→ 驱动轮

此时：發动机静止发电机空转，电动机驱动

在踩下制动踏板或松开加速踏板时发电机停止喷油，电动机工作于发电机模式将动能转化电能姠电池充电，以备后用

动力流（如左图所示） ：

车轮→斜齿轮组→电动机→高压电池

此时：发动机不工作发电机空转，电动机发电

动力鋶（如左图所示）：

发动机→行星齿轮组→发电机→高压电池

此时：发动机工作发电机发电，电动机驱动静止

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