齿轮连杆机构在风电增速器中应用的理论研究

摘要

目前，风电增速传动装置多由定轴轮系和多级行星轮系组合而成，该种装置结构复杂，其传动链较长，由于啮合的齿轮对数较多，导致机械效率偏低；在高速、重载的场合下，其发热大，故障率很高。目前国内风电机组中众多部件的设计和关键技术仍然依赖于国外，国产化程度低，故亟需自主开发研究新的风力发电增速装置系统，用以解决制约风电发展中的技术问题。
　　课题拟在对齿轮连杆机构的构型、运动性能、动力性能特别是机械效率理论研究的基础上，期望寻找到特别适用于风电增速装置的一类齿轮连杆机构，研究齿轮连杆机构用作风机增速机构的可能性，并构建其在风电增速器中应用的完善理论体系，为齿轮连杆机构的应用探索一条新途径。
　　论文的研究内容及主要结论如下：
　　其一，分析了齿轮连杆机构的传动比等运动特性，发现内啮合型式下的两种机构——内、外平动齿轮机构的传动比更大、结构更紧凑且运转平稳性能更优，故选择其为增速机构的初选型；同时，为消除初选机构运动不确定性的影响，提出了采用三环或多环结构型式的改善方法；
　　其二，采用啮合功率法，对初选机构的啮合效率进行了分析和比较，结果表明，外平动齿轮机构的啮合效率更高，故选定其为增速机构的终选型；并得出了新型风电增速装置的整机效率达94.12％的结论；
　　其三，建立了增速机构的力学理论模型，其中，对齿环板和三轴（输入轴、输出轴和支撑轴）的受力情况进行了详细分析；同时，分析了该机构的平衡性能，得出了其满足静平衡、但不满足动平衡的结论，其惯性力偶矩在机架上的平衡需综合考虑各实际工况的影响；
　　其四，分析了齿轮啮合传动的干涉限制条件和装配条件，并根据风机性能等参数，对主要零部件进行了设计及强度校核，最后，完成了新型风电增速器的结构设计，使课题的理论成果变为现实。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容及研究目标

1.4 拟解决的关键问题

1.5 本文的特色和创新之处

2 齿轮连杆机构的运动性能分析

2.1 机构的组成规则

2.2 机构的传动比及主从动件的选择分析

2.3 机构型的初选及其结构变异

2.4 初选机构的运动不确定性分析及改善方法

2.5 本章小结

3 齿轮连杆机构的机械效率分析

3.1 效率计算模型的建立

3.2 齿轮连杆机构的啮合效率分析

3.3 机构型的选定及整机机械效率分析

3.4 本章小结

4 增速机构的力学理论建模

4.1 研究机构力分析的目的及方法

4.2 增速机构的基本结构及工作原理概述

4.3 机构内齿环板的受力分析

4.4 机构各轴的受力分析

4.5 机构的平衡性能分析

4.6 本章小结

5 风电增速器的结构设计

5.1 增速传动装置的设计步骤

5.2 齿轮传动的限制条件

5.3 齿轮的结构设计及校核

5.4 轴的结构设计及校核

5.5 偏心套的结构设计及校核

5.6 整机装配及其润滑、冷却方式简述

5.7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果