风机齿轮箱的结构.

企业生产实际教学案例：

风力发电机组主齿轮箱

案例说明

一相关岗位名称●风电机组装配工人

●风力风电机组安装工艺工程师●风力发电机组运行检修工程师

二相关职业技能●掌握齿轮箱的基本结构和变速原理●掌握行星级和平行级的特点

三案例背景介绍

本案例采取图文并茂的形式介绍了风力发电机组主

齿轮箱的内部结构，着重介绍了行星级的结构，并辅以动

画的形式，轻松攻克讲解中的难点，让学员愉快轻松的掌

握单纯用语言难以描述的实际工业结构。

案例陈述

齿轮箱是风力发电机的重要组成部分，在风力发电机中应用着多个齿轮箱，主要有风力机增速齿轮箱，偏航驱动电机齿轮箱，变桨驱动电机齿轮箱三种。

由于风力机风轮转速较低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转。而普通发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，这么大的转速差别，风轮只有通过齿轮箱增速才能使发电机以额定转速旋转，增速比一般为几十倍至一百多倍。目前大多数风力机采用齿轮箱增速，齿轮箱是风力发电机主轴传动中的主要部件，通常在风力发电机中指的齿轮箱就是主轴增速齿轮箱。

齿轮变速主要有两种形式，一种是圆柱齿轮变速，一种是行星齿轮变速。行星齿轮变速具有增速比大、承载能力高、体积小，重量轻、输入输出轴在同

一轴线上，非常适合风力发电机增速使用，本课件介绍行星齿轮变速的原理与结构。

图1--行星齿轮系

图1是一个行星齿轮机构示意图，机构由行星轮、齿圈、太阳轮、行星架组成，太阳轮与齿圈共一轴线，3个行星轮的轴固定在行星架上，行星架的轴线与太阳轴线轮重合。行星齿轮可绕自己的轴线转，又可随着行星架一起绕行星架轴线旋转，行星齿轮即既有自转又有公转。通过固定行星架、齿圈、太阳轮之中的任一个，就可得到不同的传动变比，本课件介绍最常用的一种，即固定齿圈的结构。

下面通过5张图片介绍一个单级行星齿轮箱模型的结构与组成，每张图片有两张图从两个角度分别显示部件的结构与组成。

图2是行星架的结构图，行星架呈盘状，盘上固定3个轴，按120度分布，相互平行。行星架的转轴安装在轴承内，转轴另一端是低速轴法兰，连接风轮主轴。

图2--行星架

3个行星齿轮安装到行星架的3个行星齿轮轴上，见图3，每个行星齿轮可绕自己的轴自由旋转。

把行星架通过轴承安装到行星齿轮箱前端盖（行星齿轮机座）内，并在前端盖内圈安装齿圈，齿圈有内齿，能与行星齿轮很好的啮合，当行星架转动时，行星齿轮沿齿圈内圆齿滚动。见图4，图中端盖被剖去1/4。

图3--行星齿轮

图4--行星齿轮与齿圈

太阳轮的轴是高速端输出轴，把太阳轮放入行星齿轮中间，太阳轮的齿可与所有行星齿轮的齿很好的啮合，见图5。

图5--行星齿轮机构

把后端盖与前端盖合拢安装，在后端盖中间有轴承，用来安装太阳轮轴（高

速输出轴）。一个单级行星齿轮箱模型组装完毕，见图6。

图6--行星齿轮箱

这种结构的行星齿轮系的变比I为：

本例行星齿轮箱的变比是4，当低速轴转动1周时，高速轴转动4周。由于齿轮结构限制，这种传动方式的单级行星齿轮变比在8以下较合适。

下面请观看单级行星齿轮运转动画，为清晰演示运行状态把不同零件用不同颜色表示。左面是行星齿轮箱的运转动画；右面是行星齿轮系的运转动画，两动画同步运转。右边动画中黄橙色长箭头是行星架的转动指针，浅紫色色短箭头是太阳轮的转动指针，2个指针更清楚的演示了齿轮系的运行与变比。

注：由于浏览器动画播放帧频远低于动画原频，会出现太阳轮反转假象，把动画下载用电脑上其他动画播放器播放能还原真实状态。

单级行星齿轮运转动画.flv

单级行星齿轮增速箱多用在半直驱风力发电机组中。对于多数风力发电机

采用高变比的齿轮增速箱，图7是从网上转载的齿轮箱内部结构图，第一级行星齿轮机构的输出连接第二级行星齿轮机构的行星架，第二级行星齿轮机构的输出采用一个大直径齿轮带动小齿轮继续增速，齿轮采用斜齿使传动更平稳。适当的设计可得到百倍以上的变比，但过高的增速比会使传动效率下降。

图7--多级齿轮增速机构

风力发电机齿轮箱的中心转轴都是管状空心的，一根通管一头联接低速轴，另一头通到齿轮箱另一面外端，是变桨机构的机械驱动装置或电力线路、信号线路、油管等的通道。

图8是两张从网络上下载的风力发电机齿轮箱照片。

图8--风力发电机齿轮箱