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湖南科技大學
2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目
5MW風電齒輪增速箱設(shè)計 (一級行星輪系)
作者姓名
李經(jīng)緯
學號
1103010505
所學專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
1、 研究的意義：
近年來，隨著人們對風力發(fā)電越來越重視，風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。目前，水平軸風力發(fā)電機在風力發(fā)電中仍占據(jù)重要位置，而由于風電齒輪箱的故障率較高，風電齒輪箱設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)一直是困擾我國乃至世界風電快速發(fā)展的重要因素，特別是隨著風力機單機容量的不斷增大，大型風電齒輪箱設(shè)計制造需要考慮的因素越來越多。風電機組在運行過程中，齒輪箱往往過早損壞，其原因主要是風電齒輪箱軸承在復雜載荷作用下的壽命難以估算，導致軸承過早損壞，另一方面，盡管目前對軸承壽命的計算方法繁多，但并沒有能準確評估現(xiàn)代軸承壽命的計算方法。此外，對風電齒輪箱的強度計算方法和復雜載荷的處理也不盡完善。因此，對大型風電齒輪箱裝置展開系統(tǒng)、深入的分析研究對風電的發(fā)展具有重要意義。風電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風電裝備制造業(yè)的繁榮，風電齒輪箱作為風電機組的核心部件，倍受國內(nèi)外風電相關(guān)行業(yè)和研究機構(gòu)的關(guān)注。但由于國內(nèi)風電齒輪箱的研究起步較晚，技術(shù)薄弱，特別是兆瓦級風電齒輪箱，主要依靠引進國外技術(shù)。因此，急需對兆瓦級風電齒輪箱進行自主開發(fā)研究，真正掌握風電齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)，以實現(xiàn)風機國產(chǎn)化目標。
2、國內(nèi)外現(xiàn)狀：
目前我國兆瓦以上風電此輪增速箱多依賴國外廠商供應(yīng)，成本居高不下，不利于風電市場進一步大規(guī)模開發(fā)，風電技術(shù)的國產(chǎn)化是我國發(fā)展風電領(lǐng)域正在面臨的重要問題。而風電增速箱又是風電機組的核心部件，是瓶頸技術(shù)。風電增速箱的結(jié)構(gòu)往往受機組選型的限制。國內(nèi)研制出的風電齒輪箱多是對國外產(chǎn)品的單一仿制。由于國內(nèi)外的風況、氣候不同，風電場使用保養(yǎng)水平、原材料以及制造安裝水平都不一樣，大部分進口或國產(chǎn)齒輪箱都運行不足三年而停機或者大修。原因有很多其中設(shè)計落后是最重要一方面。
國內(nèi)風電齒輪箱的發(fā)展前景廣闊，但是起步晚、技術(shù)落后。機遇與挑戰(zhàn)并存。在設(shè)計的過程中綜合考慮體積、質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟性、安全、實際結(jié)構(gòu)、熱處理、工作壞境等因素，指導生產(chǎn)實踐沒事我國風電產(chǎn)業(yè)當前發(fā)展的要務(wù)。
3、存在的問題：
雖然我國風力發(fā)電事業(yè)發(fā)展很迅猛，我國也已經(jīng)進入風電大國的行列。但是其生產(chǎn)設(shè)備卻長期依賴進口，在自主開發(fā)風力發(fā)電機等方面還比較落后。特別是像兆瓦級風電機的齒輪傳動系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域還有待進一步發(fā)展。同時風能一般分布在沿海的島嶼、交通不便的邊遠山區(qū)、地廣人稀的草原牧場以及遠離電網(wǎng)的邊疆。相比其他能源來講有著密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大的劣勢。這對我國風電事業(yè)的發(fā)展也是一個巨大的考驗。
縱觀世界風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，風力發(fā)電技術(shù)將呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：開發(fā)更先進的風況分析系統(tǒng)研制大容量、高可靠性、低成本風力發(fā)電機組以及輕量型、高可靠性的海上風力發(fā)電機組；風力發(fā)電方式將以陸上風力發(fā)電為主，并積極拓展海上風力發(fā)電。
1、 研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進一步具體化）
研究目標：
（1） 對齒輪箱選用合理的結(jié)構(gòu)、增速比和材料。設(shè)計質(zhì)量好、重量輕、空間體積小、運行穩(wěn)定的大容量風電機組齒輪傳動系統(tǒng)。
（2） 引用風力機的風輪葉片設(shè)計及塔架設(shè)計，從而完成整個風力發(fā)電機的設(shè)計。
主要內(nèi)容：
本設(shè)計需要先了解風電發(fā)電機及其傳動系統(tǒng)齒輪箱的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，確定計算載荷，設(shè)計主要零部件（包括齒輪、軸承和主軸的設(shè)計），對各部件進行強度校核，潤滑與冷卻，完成風電傳動部件齒輪箱的裝配圖及零件圖。最后，引用風力機的風輪葉片設(shè)計及塔架設(shè)計，從而完成整個風力發(fā)電機的設(shè)計。
進程：
第一階段：開題階段 3月9日至3月20日，收集、查閱和整理設(shè)計資料，完成3000字的文獻翻譯，完成畢業(yè)實習報告和開題報告。
第二階段：設(shè)計階段 3月231日-4月10日， 齒輪傳動系統(tǒng)方案選擇、傳動比分配，傳動結(jié)構(gòu)造型等整體方案設(shè)計與計算。
第三階段：計算階段 4月13日至4月24日 齒輪、軸、軸承等關(guān)鍵傳動結(jié)構(gòu)件的設(shè)計計算，繪制零件圖。
第四階段：繪圖階段 4月27日至5月 8日 傳動系統(tǒng)裝配圖繪制。
第五階段：畢業(yè)答辯 5月11日至 5月22日 設(shè)計計算說明書的編制、整理、修改、定稿，準備答辯
解決的關(guān)鍵問題
風力發(fā)電機床系統(tǒng)主要是將能量由葉輪傳遞至發(fā)電機。傳動系統(tǒng)主要包括主軸、主軸承、齒輪箱、高速軸、聯(lián)軸器等部件。而本課題的主要部分是對風電機傳動系統(tǒng)的設(shè)計，所以有可能遇到的主要問題：
（1）準確對傳動方案的分析；
（2）確定齒輪箱的傳動比的分配；
（3）對軸承的尺寸進行確定；
（4）選擇合理的軸承類型；
（5）對箱體和總體結(jié)構(gòu)的確定；
（6）對箱體主要部件載荷的計算和校核；
（7）確定冷卻溫度和潤滑系統(tǒng)；
（8）對整個部件的裝配圖和零件圖的繪制；
這些問題都是設(shè)計該風機傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，在設(shè)計過程中，本人將通過查閱有關(guān)文獻資料和向老師咨詢的方法來解決。
2、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
(1)查閱資料，熟悉國內(nèi)外風電機及其傳動系統(tǒng)齒輪箱的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
(2)理解風電傳動系統(tǒng)齒輪箱工作原理及結(jié)構(gòu)分析，確定齒輪箱總裝設(shè)計思路。
(3)建立準確的分析模型，準確求解受載輪齒的載荷分布。?
(4)完成主要零部件設(shè)計并進行強度校核。
(5)繪制零件加工圖，選定加工工藝。?
(6)編寫設(shè)計說明書。
3、 擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
主要設(shè)計、分析軟件：
CAD軟件（繪制二維裝配圖和零件圖）
儀器設(shè)備：
本課題主要是對大容量風電機組齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計，所采用的設(shè)備儀器是普通計算機。
4、 參考文獻
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注：
1、開題報告是本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）的一個重要組成部分。學生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書的要求和文獻調(diào)研結(jié)果，在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻按下列格式（A為期刊，B為專著）
A：[序號]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點）年份、卷號（期號）：起止頁碼。
B：[序號]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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