齒輪箱

齒輪箱是在風力發電機組中套用很廣泛的一個重要的機械部件。其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機並使其得到相應的轉速。

通常風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電所要求的轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。

基本介紹

• 中文名：齒輪箱
• 外文名：Gear box
• 作用：將動力傳遞給發電機
• 潤滑方式：齒輪油潤滑，半流體潤滑脂潤滑
• 廣泛套用於：輸送設備、化工設備、環保機械
• 俗名：加速減速
• 安裝方式：臥、立式、擺動底座式、扭力臂式
• 系列產品：有3～26型規格
• 領域：風力發電

簡介

齒輪箱承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產生的反力，必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質量。齒輪箱箱體的設計應按照風電機組動力傳動的布局安排、加工和裝配條件、便於檢查和維護等要求來進行。隨著齒輪箱行業的不斷飛速發展，越來越多的行業和不同的企業都運用到了齒輪箱，也有越來越多的企業在齒輪箱行業內發展壯大。

齒輪箱根據單元結構模組化設計原理，大大的減少了零部件種類，適合大規模生產及靈活多變的選型。減速器螺旋錐齒輪、斜齒輪均採用優質合金鋼滲碳淬火，齒面硬度高達60±2HRC，齒面磨削精度高達5－6級。

傳動部位軸承均選用國內知名品牌軸承或進口軸承，密封件選用骨架油封；吸音箱體結構、較大的箱體表面積和大風扇；使整機的溫升、噪音降低，運轉的可靠性得到提高，傳遞功率增大。可實現平行軸、直交軸、立式、臥式通用箱體，輸入方式有電機聯接法蘭、軸輸入；輸出軸可直角或水平輸出，備有實心軸和空心軸、法蘭盤式輸出軸。使齒輪箱滿足狹小空間的安裝要求，也可按客戶需求供貨。其體積比軟齒減速箱小1/2，重量減輕一半，使用壽命提高3~4倍，承載能力提高8~10倍。廣泛套用於印刷包裝機械、立體車庫設備、環保機械、輸送設備、化工設備、冶金礦山設備、鋼鐵電力設備、攪拌設備、築路機械、製糖工業、風力發電、扶梯電梯驅動、船舶領域、輕工領域、造紙領域、冶金行業、污水處理、建材行業、起重機械、輸送線、流水線等大功率，大速比，高扭矩的場合。具有良好性價比、有利於國產化設備的配套。

滲碳淬火

作用

齒輪箱有如下的作用：

1、加速減速,就是常說的變速齒輪箱。

2、改變傳動方向，例如我們用兩個扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個轉動軸。

3、改變轉動力矩。同等功率條件下，速度轉的越快的齒輪,軸所受的力矩越小，反之越大。

4、離合功能：我們可以通過分開兩個原本嚙合的齒輪,達到把發動機與負載分開的目的。比如剎車離合器等。

5、分配動力。例如我們可以用一台發動機，通過齒輪箱主軸帶動多個從軸，從而實現一台發動機帶動多個負載的功能。

設計

與其它工業齒輪箱相比，由於風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機艙內，其本身的體積和重量對機艙、塔架、基礎、機組風載、安裝維修費用等都有重要影響，因此，減小外形尺寸和減輕重量顯得尤為重要。同時，由於維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設計壽命為20年，對可靠性的要求也極其苛刻。由於尺寸和重量與可靠性往往是一對不可調和的矛盾，因此風電齒輪箱的設計製造往往陷入兩難的境地。總體設計階段應在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小體積、最小重量為目標進行傳動方案的比較和最佳化；結構設計應以滿足傳遞功率和空間限制為前提，儘量考慮結構簡單、運行可靠、維修方便；在製造過程的每一個環節應確保產品質量；在運行中應對齒輪箱運行狀態(軸承溫度、振動、油液溫度及品質變化等)進行實時監測並按規範進行日常維護。

內齒圈

由於葉尖線速度不能過高，因此隨著單機容量的增大，齒輪箱的額定輸入轉速逐漸降低，兆瓦以上級機組的額定轉速一般不超過20r/min。另一方面，發電機的額定轉速一般為1500或1800r/min，因此大型風電增速齒輪箱的速比一般在75～100左右。為了減小齒輪箱的體積，500kw以上的風電增速箱通常採用功率分流的行星傳動；500kw～1000kw常見結構有2級平行軸+1級行星和1級平行軸+2級行星傳動兩種形式；兆瓦級齒輪箱多採用2級平行軸+1級行星傳動的結構。由於行星傳動結構相對複雜，而且大型內齒圈加工困難，成本較高，即使採用2級行星傳動，也以NW傳動形式最為常見。

製造技術

風電齒輪箱的外齒輪一般採用滲碳淬火磨齒工藝。高效高精度數控成型磨齒機的大量引進，使我國外齒輪精加工水平與國外沒有太大的差距，達到19073標準和6006標準規定的5級精度技術上沒有困難。但我國在熱處理變形控制、有效層深控制、齒面磨削回火控制、輪齒修形工藝等方面與國外先進技術仍有差距。

高精度數控成型磨齒機

由於風電齒輪箱齒圈尺寸大、加工精度要求高，我國的內齒圈製造技術與國際先進水平相比差距較大，主要體現在斜齒內齒輪的制齒加工、熱處理變形控制等方面。

箱體、行星架、輸入軸等結構件的加工精度對齒輪傳動的嚙合質量和軸承壽命等都有十分重要的影響，裝配質量的好壞也決定了風電齒輪箱壽命的長短和可靠性的高低。我國在結構件的加工和裝配精度等方面從重要性認識到裝備水平都與國外先進水平有一定差距。高品質、高可靠性風電齒輪箱的獲得，除了先進的設計技術和必要的製造裝備支撐外，離不開製造過程每一個環節的嚴格質量控制。6006標準對齒輪箱的質量保證進行了嚴格詳細的規定。

潤滑

常用的齒輪箱潤滑方式有齒輪油潤滑，半流體潤滑脂潤滑，固體潤滑劑潤滑幾種方式。對於密封比較好，轉速較高，負荷大，封閉性能好的可以使用齒輪油潤滑；對於密封性不好，轉速較低的可以使用半流體潤滑脂潤滑；對於禁油場合或高溫場合可以使用二硫化鉬超微粉潤滑。

二硫化鉬

齒輪箱的潤滑系統對齒輪箱的正常工作具有十分重要的意義，大型風力發電齒輪箱必須配備可靠的強制潤滑系統，對齒輪嚙合區、軸承等進行噴油潤滑。在齒輪箱失效的原因中，潤滑不足占去了一大半。潤滑油溫度關係到部件疲勞和整個系統的壽命。—般來說齒輪箱正常工作時的最高油溫不應超過80℃，不同軸承間的溫差不應超過15℃。當油溫高於65℃時，冷卻系統開始工作；當油溫低於10℃啟動時，應首先將潤滑油加熱到預定溫度後再開機。

在夏季，由於風電機組長時間處於滿髮狀態，加上高空陽光直射等，油品的運行溫度上升超過設定值；而在東北嚴寒地區冬季使用時，最低溫度經常達到一30℃以下，潤滑管路中潤滑油流動不暢，齒輪、軸承潤滑不充分，造成齒輪箱高溫停機，齒面、軸承磨損，另外溫度低也會使齒輪箱油粘度增加，油泵啟動時負載較重，油泵電機過載。

潤滑油

齒輪箱潤滑油都有工作的最佳溫度範圍，建議給齒輪箱潤滑系統上設計一個潤滑油熱管理系統：當溫度超過一定值時冷卻系統開始工作，當溫度低於一定值時加熱系統開始工作，始終把溫度控制在最佳範圍內。另外，提高潤滑油的質量也是潤滑系統必須考慮的重要方面，潤滑劑產品必須具有極好的低溫流動性和高溫穩定性，要加強對高性能潤滑油的研究。

軸承壽命

統計數據表明，風電齒輪箱故障仍約有50%的故障與軸承的選型、製造、潤滑或使用有關。目前，由於技術條件落後等原因，國內兆瓦級以上機組的核心部件如電機、齒輪箱、葉片、電控設備和偏航系統等，很多都依靠進口，而套用於這些大型風電機組中的齒輪箱軸承、偏航軸承、變槳軸承及主軸軸承更是完全依靠進口。因此，較為精確的軸承壽命計算方法對風電齒輪箱的設計顯得尤為重要。

風電齒輪箱

由於對軸承要求的高可靠性，通常軸承的使用壽命應不小於13萬小時。而由於影響軸承疲勞壽命的因素太多，軸承疲勞壽命理論還仍需不斷完善，國內外軸承壽命理論並沒有一個統一的，為所有行業所接受的計算方法。

軸承的運行溫度、潤滑油的黏度和清潔度及轉速等因素對軸承壽命有很大影響，運行狀態變差(溫度上升、轉速降低、污染物增多)時，軸承壽命可能大幅度降低。對影響風電齒輪箱軸承壽命的各種因素進行深入分析，研究出較為精確的軸承壽命計算方法是國內軸承行業乃至風電行業的重中之重。

用途

1.加速減速,就是常說的變速齒輪箱.

2.改變傳動方向,例如我們用兩個扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個轉動軸.

3.改變轉動力矩.同等功率條件下,速度轉的越快的齒輪,軸所受的力矩越小,反之越大.

4.離合功能: 我們可以通過分開兩個原本嚙合的齒輪,達到把發動機與負載分開的目的.比如剎車離合器等.

5.分配動力.例如我們可以用一台發動機,通過齒輪箱主軸帶動多個從軸,從而實現一台發動機帶動多個負載的功能.

噪音處理

齒輪箱是機械傳動中廣泛套用的重要部件，一對齒輪嚙合時，由於不可避免地存在著齒距、齒形等誤差，在運轉過程中會產生嚙合衝擊而發生與齒輪嚙合頻率相對應的噪聲，齒面之間由於相對滑動也發生摩擦噪聲。由於齒輪是齒輪箱傳動中的基礎零件，降低齒輪噪聲對控制齒輪箱噪聲十分必要。一般來說，齒輪系統噪聲發生的原因主要有以下幾個方面：

1.齒輪設計方面。 參數選擇不當，重合度過小，齒廓修形不當或沒有修形，齒輪箱結構不合理等。齒輪加工方面 基節誤差和齒形誤差過大，齒側間隙過大，表面粗糙度過大等。

2. 齒輪系及齒輪箱方面。裝配偏心，接觸精度低，軸的平行度差，軸，軸承、支承的剛度不足，軸承的迴轉精度不高及間隙不當等。

3. 其他方面輸入扭矩。負載扭矩的波動，軸系的扭振，電動機及其它傳動副的平衡情況等。