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湖南科技大學
2014屆畢業(yè)設計（論文）開題報告
題 目
5MW風電齒輪增速箱設計 (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，風電齒輪箱設計制造的關鍵技術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)外風電相關行業(yè)和研究機構的關注。但由于國內(nèi)風電齒輪箱的研究起步較晚，技術薄弱，特別是兆瓦級風電齒輪箱，主要依靠引進國外技術。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計制造技術，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，成本居高不下，不利于風電市場進一步大規(guī)模開發(fā)，風電技術的國產(chǎn)化是我國發(fā)展風電領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。風電增速箱的結(jié)構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、技術落后。機遇與挑戰(zhàn)并存。在設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、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。
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)等技術領域還有待進一步發(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)容和擬解決的關鍵問題（根據(jù)任務要求進一步具體化）
研究目標：
（1） 對齒輪箱選用合理的結(jié)構、增速比和材料。設計質(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計及塔架設計，從而完成整個風力發(fā)電機的設計。
主要內(nèi)容：
本設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)構特點，確定計算載荷，設計主要零部件（包括齒輪、軸承和主軸的設計），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計及塔架設計，從而完成整個風力發(fā)電機的設計。
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)構造型等整體方案設計與計算。
第三階段：計算階段 4月13日至4月24日 齒輪、軸、軸承等關鍵傳動結(jié)構件的設計計算，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 設計計算說明書的編制、整理、修改、定稿，準備答辯
解決的關鍵問題
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；
這些問題都是設計該風機傳動系統(tǒng)的關鍵問題，在設計過程中，本人將通過查閱有關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)構分析，確定齒輪箱總裝設計思路。
(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)編寫設計說明書。
3、 擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備
主要設計、分析軟件：
CAD軟件（繪制二維裝配圖和零件圖）
儀器設備：
本課題主要是對大容量風電機組齒輪傳動系統(tǒng)設計，所采用的設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)設計（論文）的一個重要組成部分。學生應根據(jù)畢業(yè)設計（論文）任務書的要求和文獻調(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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