风力发电机组齿轮箱生产工艺技术研究

风力发电机组齿轮箱生产工艺技术研究
摘要：随着人们越来越注重新能源的开发和利用，风能成为了人们重点开发的
可再生能源。

风力发电最为核心的部件是风力发电机，而齿轮箱则是风力发电机
组中重要的组成部分，本文对齿轮箱的功能以及生产工艺进行了介绍。

关键词：风力发电机；齿轮箱；生产工艺
能源对于国民经济的发展和人们的生活都有至关重要的作用，当前人们应用
最为广泛的能源是化石能源，随着人们能源需求量的增加，化石能源的储备大量
消耗，而且化石能源会造成比较严重的污染，鉴于上述原因人们开始注重新能源
和清洁能源的开发和应用。

风能是一种可再生能源，而且清洁无污染，因此获得
了人们的广泛关注。

我国作为能源的需求大国，化石能源的储量不足，因此十分
注重风能等新能源的发展，20世纪80年代就建立了风力发电厂，但是当时由于
技术水平不足，绝大部分设备都是进口的，而随着我国经济社会的发展，这一情
况得到了有效的改善，大部分风力发电设备都已经实现了自主生产制造。

但是在
风力发电齿轮箱的生产制造技术方面还存在一定的不足，需要进一步研究来进行
改善。

1 风力发电齿轮箱功能以及技术现状
1.1 齿轮箱的功能
风力发电的核心设备就是风力发电机，风能最主要的应用形式是转化成电能
为人们所用，而就是这一设备实现的将风能（空气动能）转化成电能。

人们最早
应用风能，是应用了一种名叫风力提水机的设备，而后，风能发电技术出现并且
快速发展，而随着计算机技术的发展，在计算机管理系统的管理下，有效的提升
了风力发电的安全性和效益，从而推动了风力发电的广泛应用。

就目前的发展情
况而言，风力发电已经可以实现了和常规发电进行并网运行，而且具有不错的经
济效益，而且具有非常好的环保性能。

发电机组是在达到一定的转速之后才能够运转起来并且发电的，和其它的发
电机相比，风力发电机的转速并不高，这主要是由于风力的能源密度不高决定的。

为了解决这一问题，就需要使风力发电机的风轮轴进行增速，通过使用增速箱来
增速的方式来满足发电机对于初始速度的要求。

在这个过程中齿轮箱具有非常重
要的作用，需要通过其进行风轮动力的传递，并且提升转速。

风轮的转速越低，
为了满足发电机对转速的要求，就需要齿轮箱具有更大的增速比，这样齿轮箱的
复杂性和造价也就会相应的增大，相反对齿轮箱的要求也会相应的降低。

就当前
发展的情况而言，风力发电所使用的风轮多为三叶轮，而且叶成细长状，半径也
成不断增大的趋势，这样的情况下必然难以保持较大的转速，这就对齿轮箱有了
更高的要求，需要提高齿轮箱的技术水平和精密度，这样才能够保证发电机的正
常运行。

1.2 齿轮箱技术现状
我国的风力发电起步比较晚，而且发电机组的相关技术也是从国外引进，然
后发展起来的。

而风力发电机齿轮箱制造技术并不在引入的相关技术之中，在这
样的情况下，我国的风力发电机齿轮箱技术完全是靠自主研发和制造的，因此当
前的技术水平还比较一般。

同时，由于我国风力发电的技术相关研究开始的比较晚，在人才培养方面也存在不足，当前国内缺乏风力发电技术方面的高精尖人才，这些因素限制了我国风力发电机齿轮箱制造技术的发展，就我国目前的制造水平
而言，齿轮箱产品还不能够达到市场的要求，还需要进一步的研究。

2 齿轮箱生产工艺
2.1 齿轮箱生产过程中面临的技术问题
当前，受制于工艺技术水平的影响，我国企业在进行齿轮箱的生产时，主要
面临以下几方面的问题：
（1）轴承使用寿命。

在齿轮箱之中，轴承是非常重要的部件，同时也是易损耗的部件之一，国内企业生产的齿轮箱普遍存在轴承使用寿命短的问题，和国际
先进水平有着明显的差距，同时容易出现过早疲劳的问题。

（2）设计计算方法问题。

从目前来看，国外高水平企业生产的齿轮箱齿轮多使用斜齿，而国内企业生产的齿轮箱，考虑到经济方面等因素的影响，都采用的
直齿。

（3）生产原料问题。

我国齿轮箱生产企业所使用原材料在质量上比不上国外企业，而且所仿制的齿轮箱，在加工技术水平上也比不上原厂，因此生产出的产
品质量较原厂要差得多。

而且，通过引进技术的方式，生产的产品很难完全满足
我国的实际需求，因此在齿轮箱的制造技术方面，应进行自主设计，包括材料以
及生产工艺等方面，从而能够生产出适合我国实际情况的齿轮箱产品。

2.2 齿轮箱的生产工艺
（1）工艺要求。

齿轮箱是由多个部件共同组成的，而其中的一些关键部件对于齿轮箱的质量和寿命等有着比较大的影响。

如齿轮和轴承等，其中齿轮是最为
关键的部件，齿轮需要注意减速传输和增速传动的差异，而且在进行变位系数的
选定时，还需要重点注意降低滑差，然后在进行齿向和齿廓的设计时，还需要重
点考虑实际设计需求。

另外，内齿圈轮缘厚度要是模数的3倍，而外齿轮的则需
要注意，通过渗碳淬火和磨齿进行相互配合的方式制造，齿轮的精度应不低于6级。

除了上述要求之外，齿轮的计算也需要特别注意，对于齿轮的疲劳程度，要
参考实际应用时的荷载，并且通过全面的计算之后确定，而齿轮荷载的计算是很
难确定的，工作过程中还会出现比较多的变化，因此计算工作非常的复杂。

轴承
和齿轮具有相似的地方，就是荷载具有不确定性，这给其设计加大了难度，另外
由于风力发电机的轴承是比较脆弱的，因此在进行轴承类型的选择时要特别注意，而且要制定科学的润滑措施，从而有效地提升轴承的使用寿命。

（2）工艺改进。

在传统的技术模式下，齿轮箱按照以下工艺流程进行制造：高温回火、粗加工、去毛刺清洗、渗碳淬火、清理抛丸、磨齿、检验，这种工艺
流程所制造的齿轮箱在船舶等产品中具有较好的效果。

随着技术的发展。

齿轮箱
的技术工艺也进行改进，当前其制造的工艺流程为：锻造、正火、高温回火、较
高精度粗加工、去毛刺清洗、预热、重行奥氏体化渗碳淬火、清理抛丸、少余量
缓进给磨齿、检验。

通过这样的工艺改进，有效的提升了其粗加工过程的精度，
通过在渗碳前进行预热处理，有效的降低了渗碳淬火工艺流程中存在的变形问题，并且有效的降低了磨削余量。

在磨削工艺流程中，通过采用少余量缓进给磨削，
让齿轮有效的保留了较大的压应力，同时确保了其具有较高的精度以及粗糙度。

通过采用重形奥氏体化渗碳淬火工艺，极大的提升了齿轮的性能，使其在耐磨性
以及承载能力等方面得到了比较大的提升。

（3）工艺参数设计。

在齿轮箱的生产设计中，齿轮的承载能力的确定是一项重要工作，因此在确定工艺参数时需要进行特别注意。

通过对成本以及深层氧化
等因素进行全面的考虑，确定应将渗碳层的含碳量控制在0.77~1%的范围内，这
样能够确保齿轮具有良好的接触疲劳性能。

另外，在淬火和渗碳温度的选择当面，要根据原材料的性能来精确的确定，这样可以获得最佳的效果。

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