风力发电机组偏航变桨齿轮传动中心距与偏心量的计算

项相比，影响是非常微小的，因此在此予以忽略不计。 而
且上述三项中，δa 还是主要因素。
（2）即 使 设 计 出 合 理 的 偏 心 量 ，在 实 际 使 用 中 仍 然 可
能调不出理想的齿侧隙。 这是因为调整偏心理论上是连
续的，可以从-e～e。 但是由于安装时用螺栓孔 ，螺栓孔是
等分的，间隔若干度，从而使得调整偏心变为离散性，得
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SOLUTION 工艺 / 工装 / 模具 / 诊断 / 检测 / 维修 / 改造
风力发电机组偏航变桨齿轮传动中心距与偏心量的计算
于良峰， 吴树梁 （北车风电有限公司 风电装备研究所，济南 250022）
摘 要：在风力发电机组偏航系统与变桨系统的设计与制造中，由于加工误差的因素，常使得偏航变桨驱动齿轮系统与
不到理想的实际偏心值，这点应该是正常的，需在设计和
实际工作中注意。
［参考文献］
［1］ 王文斌．机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.
［2］ 韩继光，王贵成.偏 心渐开 线齿 轮传 动计 算方法 分析 ［J］.机械 设
计 与 研 究 ，2004（5）：42-44.
（编辑 立 明）
作者简 介：于良峰（1977－），男，工程师，风电装备研究所所长，主要研 究方向为风力发电机组整机技术研发。
164 机械工程师 2012 年第 3 期
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6
d a1 d f2
啮合线
塞尺
d1 /2
2
jbn 图2
d1′ d1 d b1
df1 α α′
△ym
α′ α
d a2
d 2
d
d 2′
b2
a′
ym
d2 /2
图3
距的标准值为 a，当中心距变为：a±δa，则此种情况下需要
素的影响。
以上因素在中心距上的最终结果可依照极限情况进
行计算：e=δa+δr 齿圈＋δr 。 输出齿轮 △a 是主机设计时确定塔架回转支撑轴 承的 中 心 与
机 架 上 安 装 孔 的 中 心 之 间中 心 距 的 公 差 的 一 半 ；δr 齿 圈 则 可由设计时给定回转支撑轴承的齿圈的齿厚公差进行计
得 到 此 时 的 半 径 ：ry′。 求 得 半 径 的 变 化 ：δr=ry′-ry。
3.3 输出齿轮齿厚的变化
此种情况与“齿圈齿厚的变化”情况相同，只是此时
假设齿圈的齿厚没有变化而输出齿轮齿厚存在变化。 计
ห้องสมุดไป่ตู้
算半径变化的公式亦相同。
4 确定偏心量的计算方法
确定偏心量， 就是要使偏心的最大值能消除以上因
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1002－2333（2012）03－0164－02
1引言 在风力发电机组偏航变桨系统的设计、制造时，为确
保减速器输出齿轮与齿圈间能保持合理的齿隙， 降低齿 圈与机架上减速器安装中心之间的制造难度， 通常需要 将减速器输出齿轮的中心与安装止口的中心之间做成偏 心的形式。 有了偏心，就可以在齿圈与机架上减速器安装 中心之间存在偏差的情况， 始终保证减速器输出齿轮与 齿圈间的齿隙。 因此，确定合适的偏心量，可确保任意情 况下均能调出满意的齿隙。 本文主要就如何确定风力发 电机组用偏航变桨减速器输出齿轮中心与偏航变桨回转 支撑中心间偏心量的计算方法方面给出一些建议， 供相 关人员进行参考。 2 实际使用中，齿圈与输出齿轮之间的位置关系
瓦轴建成的全球轴承品种最多、生产规模 最大、配套机组最全、发电功率最大的风力发 电 轴承生产基地，已系列开发出 1.5MW、2.0MW、 3.0MW、5.0MW、6.0MW 风 机 配 套 轴 承 ，全 面 掌 握了风力发电配套轴承的开发技术，有力支持 了中国大兆瓦风机的制造能力和水平进入到 世界先进行列。 特别是为国外知名公司研制的 风电轴承开始批量出口，进一步奠定了瓦轴风 电轴承在国际市场的地位。
图 1 是两个外啮合齿轮（齿圈及输出齿轮）啮合的位 置示意图。 这是在理论位置啮合。
如图 2，此时，具有规定的理论齿侧隙：jbn。 如图 3，由于某种原因，造成两个齿轮（齿圈及输出齿 轮）回转中心分离或靠近，使得两个齿轮的中心距发生改 变，由 a→a′。 在此种情况下，啮合节圆的直径发生改变 ， 从而使得两个齿轮的齿侧隙发生改变：jbn→jbn′。 为保持齿 轮中心距发生改变时，仍能保持原有的齿侧隙 jbn，则需要 采取措施将中心距恢复到原有的 a。 实际使用中， 中心距的形成是由齿圈的回转中心和
反方向变化：芎δa。 即偏心量为：δa。
3.2 齿圈齿厚的变化
由于加工误差的存在，齿圈的齿厚存在误差。 假设输
出齿轮的齿厚没有误差，则在齿圈的啮合节圆上，原有的
齿厚假设为 ：s。 由于齿厚存在误差 ，变为 s′。 齿厚差为：
δs＝s′－s。 为了保证规定的齿侧隙 jbn，需要变化中心距。
根据齿轮方面的知识，任意圆上的弧齿厚
算得到；δr 输出齿轮则可由设计 时 给 定 输 出 齿轮 的 齿 厚 公 差 进行计算得到。
5 需注意的几点
（1）其实 齿 圈 的 “齿 圈 径 向 跳 动 误 差 Fr′”和 输 出齿 轮 的 “齿圈径向跳动误差 Fr″”亦 会 影 响偏 心 值 ，影 响 的 方 式 与齿厚变化的方式相同， 只是这两者本身的值与上述三
收 稿 日 期 ：2011-11-02
瓦轴集团为国电联合动力技术有限公司 研 制 的 6.0MW 海 上 风 力 发 电 机 组 轴 承 ， 成 功 配套国电联合动力公司日前在连云港下线的 6.0MW 海上风力发电机组。6.0MW 风机是目前 国内单机功率最大的风力发电机组，代表了我 国大型风力发电机组制造技术的最高水平。
偏 航 变 桨 的 大 齿 圈 的 中 心 距 与 理 论 设 计 值 存 在 一 定 的 偏 差 ，由 此 造 成 齿 轮 啮 合 时 齿 隙 无 法 调 整 至 标 准 设 定 状 态 ，在 系
统传动过程中易于发生传动系统故障。 为解决风力发电机组偏航变桨传动系统中的此类问题，通常在偏航变桨的驱动
的目的。
3 影响齿侧隙的因素及分析
从上面的介绍可以知道， 我们主要关心的是齿侧隙
的问题。 因此，我们在以上的安装基础上，讨论影响齿侧
隙的因素，以寻找出保证齿侧隙的方法。 我们认为，影响
齿侧隙的因素有如下几项：
3.1 齿圈回转中心与机架上安装孔的中心之间中心距的变化
假设齿圈回转中心与机架上安装孔的中心之间中心
机架上偏航或
O2
变桨减速器的
安装孔的中心
而组成的。 输
α
出齿轮与安装
止口之间具有
C
h f1 Hh a1 a
偏心， 亦即输 出齿轮与机架 上偏航或变桨 减速器的安装
d f1
c*m
α d da1 1
孔的中心之间 具有偏心。 当 安装调试时，
O1
图1
绕安装孔的中心转动偏航或变桨减速器， 此时输出齿轮
和齿圈之间的中心距就发生改变， 从而达到调整齿侧隙
当原 来 的 啮 合 节 圆 上 的 齿 厚 变 为 s′时 ，ry 和 αy 没 有 变化，变位系数 x 则变为：
x′且 x′=
Sr 2ry
-（
πm 4
＋rinvα-rinvαy） 。
mtanα
将求解出的 x′再带入齿厚公式，
S＝ 2ry′ （ πm r4
+x′mtanα＋rinvα-rinvαy′）；
定的缓冲作用。 5 应用效果
按此结构加工出的针式节流阀阀杆，可靠性得到了极 大提高。 交付油田使用的针式节流阀未再出现硬质合金锥 体断裂的情况，很好地满足了油田现场的使用需要。
（编辑 立 明）
作 者 简 介 ：高世德（1959-），男，工程师，研究方向石油机械设计与制造。 收 稿 日 期 ：2011-12-02
瓦 轴 产 品 成 功 配 套
兆 瓦 海 上 风 电 机 组
165 机械工程师 2012 年第 3 期
Sy＝
2ry r
（ πm 4
+xmtanα＋rinvα-rinvαy）；
式中 ：Sy 是任意圆周上的弧齿厚 ，ry 是 任 意 圆周 的 半 径，r 是分度圆的半径，αy 是任意圆周上的压力角，m 是模
数，x 是变位系数，α 是分度圆压力角。
原来的啮合节圆上的齿厚为：
S＝ 2ry r
（ πm 4
+xmtanα＋rinvα-rinvαy）；
铜柱和一个圆柱底面焊接面，从而将杆体和锥体牢牢地焊 接在一起。 从结构可以看出，三个铜环限制了锥体的轴向 自由度，而纵向铜柱则限制了锥体的旋转自由度。
由于锥体是套在杆体上，在高频振动和交变载荷作用 时，承受载荷的是不锈钢杆体，而不锈钢为塑性材料，具有 很好的抗疲劳强度，因此，阀杆整体的抗疲劳强度得到很 大提高。 另外，由于焊接面置于硬质合金锥体内部，不与流 体接触，从而避免了因流体冲刷所造成的破坏，同时铜环 和铜柱具有一定的韧性，在高频振动过程中，也可起到一
系 统 设 计 时 ，使 输 出 轴 相 对 于 安 装 法 兰 预 留 一 定 的 偏 心 量 ，通 过 调 整 驱 动 系 统 安 装 的 角 度 进 行 调 整 ，已 达 到 调 整 、控 制
齿轮传动系统中心距的目的。
关键词：风力发电机组； 减速器； 齿隙； 中心距； 偏心量
中 图 分 类 号 ：TH132.41