风电增速箱一般结构及原理
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▪ 传动比：r输入=27.24r/min r输出= 1509r/min i总=55.40
▪ 速比分配： ➢ 太阳轮与主轴速比i为5.56 ➢ 中间轴与低速轴速比i为4.05 ➢ 输出轴与中间轴速比i为2.46
▪ 特点： ➢ 结构紧凑 ➢ 胀紧套的连接传递的扭矩大，低速级主轴转速低
➢ 行星传动，功率分流，太阳轮浮动均载，传动平 稳
▪ 国内（重齿FLA600、杭齿FZ646、南高齿FD600,功率
645KW)增速箱结构
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图4两级行星机构串联轴传动增速箱结构简图
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图5两级行星机构串联轴传动增速箱内部结构简图
▪ 传动结构：两级行星机构串联轴结构
▪ 传递过程：主轴 Ⅰ级行星架 一级太阳轮 Ⅱ
级行星
二级太阳轮
串联轴Ⅲ
发电机
▪ 传动比：r输入= 33.5r/min
r输出= 1517.55r/min
i总= 45.3 ▪ 特点：
▪ 输入转速高
▪ 结构紧凑
▪ 体积是同等功率其他类型增速箱的70%，重量轻
▪ 制造精度要求较高，结构复杂
增速箱齿轮的设计要点
▪ 1、材料的选取及热处理方式
材料的选取上要对材料的弯曲疲劳强度分布进行分析，对 材料强度统计其平均值和分布规律。 优点： ➢ 对齿轮的设计、计算可以比国家标准提供更可靠的计算数 据。 ➢ 分析不同材料的疲劳强度分布规律对材料的选择提供依据。 使材料的使用性能和所需费用达到优化。
▪ 进口风电增速箱的材料与主要工艺要求
名称
硬度
主轴
25.5
内齿圈
30-31
行星轮
61
行星架
24.5
太阳轮
55
太阳轮轴 51-52
一级主齿 58.4
鼓型套
HV550
中间轴
58.1
高速轴
60
中 间 轴 齿 55.1
轮
胀紧套
37
胀 紧 套 楔 HB175
块
箱体
HB
材料
42CrMo 42CrMo 17CN5 45 17CN5 17CN5 17CN5 42CrMo 17CN5 17CN5 17CN5
20CrMnTi 渗碳淬火 56-60
1.2
28-35
5
高速轴
17CrNiMo6 渗碳淬火 58-62
1.2
32-42
5
中间轴齿轮 20CrMnMo 渗碳淬火
胀紧套
40Gr
调质
胀紧套楔块 40GrMo 调质
56-60
1.2
35-40
HB180-280
32-40
5
5
5
箱体
QT400
退火
HB140-180
40Cr 40CrMo
QT400
热处理工艺
调质 调质 渗碳淬火 调质 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 调质后氮化 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火
硬化层深
1.0-1.2
1.2-1.5 1 1 0.3
0.7 1.0
表面粗糙 精度
度
0.8
4
0.8
4
0.8
4
1.6
4
0.8
4
0.8
4
0.8
4
0.84Biblioteka 0.840.8
5
▪ 国产化材料的设计：
➢ 尽量选用杂质含量低的钢，尽量降低钢材的含氧量，力求 小于5PPm
➢ 锻造工艺的控制要求晶粒度要求大于6级
➢ 要有足够的锻造比，达到内部夹杂物和疏松等缺陷的大小 与晶粒相当，形状不尖锐，分布不连续，尽量远离表面
➢ 对于高速轴，应选用合金含量高的表面渗碳钢，控制芯部 的抗拉强度及断面收缩率
▪ 传动结构：三级平行轴圆柱齿轮传动 ▪ 传动过程：输入轴（Ⅰ轴） 一级增速齿轮轴（Ⅱ轴）
二级增速齿轮轴（Ⅲ轴） 输出轴（Ⅳ轴） ▪ 传动比：r输入=34r/min
r输出= 1512.8r/min i总=44.49 ▪ 速比分配： ➢ 一级增速轴（Ⅱ轴）与输入轴（Ⅰ轴）速比i为3.90 ➢ 二级增速轴（Ⅲ轴）与一级增速轴（Ⅱ轴）速比i为3.53 ➢ 输出轴（Ⅳ轴）与二级增速轴（Ⅲ轴）速比i为3.23
▪ 特点
▪ 全部是圆柱齿轮传动，传动结构相对比较简单 ▪ 上下对开式结构，拆装极其方便
▪ 所用轴承均为调心滚子轴承，承载能力强，可以 调节同轴误差
▪ 全部轴承都采用强制喷油润滑，润滑充分 ▪ 输出轴自带油泵，无需再配备电机
▪ 齿轮相对于轴承的位置不对称，要求轴有较大的 刚度
▪ 体积和重量相比同等功率增速箱都要大
5
行星架
45
调质
20-28
5
太阳轮
20CrMnTi 渗碳淬火 58-62
1.2-1.5 30-38
5
太阳轮轴 20CrMnMo 渗碳淬火 56-60 1.5
24-35
5
一级主齿 20CrMnTi 渗碳淬火 58-62
鼓型套
42GrMo 调质后氮化 HV550
1．5 0.3
30-38
5
28-35
5
中间轴
风电增速箱的一般结构及原理
风力发电机整体结构
▪ 风力发电机由叶片、增速齿轮箱、风叶控 制系统、刹车系统、发电机、塔架等组成。
▪ 视频
图1风力发电机部件位置图
增速箱概述
▪ 功能：将风轮在风力作用下所产生的动力 传递给发电机并使其得到相应的转速
▪ 特点 1、安装空间狭小，要求体积小、重量轻。 2、受无规律的变向变负荷及强阵风的冲击 3、常年经受酷暑严寒和极端温差的影响 4、所处环境交通不便，拆卸及运输不便 5、一旦出现故障，修复非常困难
➢ 对轴颈过度圆角进行研磨，以提高轴齿的疲劳性能及轴颈 的弯曲、扭转疲劳性能
➢ 低速级模数大、直径大的齿轮，要考虑材料的淬透性和渗 碳过程的抗晶界氧化和晶粒长大的能力。
常见增速箱的一般结构
▪ 德国弗兰德4280系列（642kw）增速箱结构
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
Ⅲ Ⅰ Ⅱ
图1一级行星齿轮+二级平行轴圆柱齿轮传动的增速箱结构简图
▪ 传动结构：由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传 动组成
▪ 传动过程： 主轴 胀紧套 行星架 行星 轮 太阳轮 花键套 低速轴（Ⅰ轴） 中 间轴（Ⅱ轴） 输出轴（Ⅲ轴） 发电机
4
0.8
4
调质 调质
1.6
4
1.6
4
退火
1.6
4
▪ 国产化的风电增速箱的材料及工艺要求
名称
材料
热处理工艺 表面硬度 硬化层深 芯部硬度 精度
主轴
42GrMoA 调质
25-32
5
内齿圈
42GrMoA 调质+氮化 HV700
0.3
28-38
6
行星轮
20MnCr5 渗碳淬火 58-62
1.0-1.2 30-38
➢ 配对外花键加工为鼓形花键，增加太阳轮的浮动 量
➢ 末二级为平行轴圆柱齿轮传动，扭矩小，可合理 分配减速比，提高传动效率
➢ 齿轮箱拆卸方便，但要求加工精度较高
▪ 西班牙TegsaPE-477B(350KW)增速箱结构
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅳ
图2三级圆柱齿轮传动增速箱二维结构展开简图
Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅱ
图3三级圆柱齿轮传动增速箱内部轴系位置三维结构简图
▪ 速比分配： ➢ 太阳轮与主轴速比i为5.56 ➢ 中间轴与低速轴速比i为4.05 ➢ 输出轴与中间轴速比i为2.46
▪ 特点： ➢ 结构紧凑 ➢ 胀紧套的连接传递的扭矩大，低速级主轴转速低
➢ 行星传动，功率分流，太阳轮浮动均载，传动平 稳
▪ 国内（重齿FLA600、杭齿FZ646、南高齿FD600,功率
645KW)增速箱结构
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图4两级行星机构串联轴传动增速箱结构简图
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图5两级行星机构串联轴传动增速箱内部结构简图
▪ 传动结构：两级行星机构串联轴结构
▪ 传递过程：主轴 Ⅰ级行星架 一级太阳轮 Ⅱ
级行星
二级太阳轮
串联轴Ⅲ
发电机
▪ 传动比：r输入= 33.5r/min
r输出= 1517.55r/min
i总= 45.3 ▪ 特点：
▪ 输入转速高
▪ 结构紧凑
▪ 体积是同等功率其他类型增速箱的70%，重量轻
▪ 制造精度要求较高，结构复杂
增速箱齿轮的设计要点
▪ 1、材料的选取及热处理方式
材料的选取上要对材料的弯曲疲劳强度分布进行分析，对 材料强度统计其平均值和分布规律。 优点： ➢ 对齿轮的设计、计算可以比国家标准提供更可靠的计算数 据。 ➢ 分析不同材料的疲劳强度分布规律对材料的选择提供依据。 使材料的使用性能和所需费用达到优化。
▪ 进口风电增速箱的材料与主要工艺要求
名称
硬度
主轴
25.5
内齿圈
30-31
行星轮
61
行星架
24.5
太阳轮
55
太阳轮轴 51-52
一级主齿 58.4
鼓型套
HV550
中间轴
58.1
高速轴
60
中 间 轴 齿 55.1
轮
胀紧套
37
胀 紧 套 楔 HB175
块
箱体
HB
材料
42CrMo 42CrMo 17CN5 45 17CN5 17CN5 17CN5 42CrMo 17CN5 17CN5 17CN5
20CrMnTi 渗碳淬火 56-60
1.2
28-35
5
高速轴
17CrNiMo6 渗碳淬火 58-62
1.2
32-42
5
中间轴齿轮 20CrMnMo 渗碳淬火
胀紧套
40Gr
调质
胀紧套楔块 40GrMo 调质
56-60
1.2
35-40
HB180-280
32-40
5
5
5
箱体
QT400
退火
HB140-180
40Cr 40CrMo
QT400
热处理工艺
调质 调质 渗碳淬火 调质 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 调质后氮化 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火
硬化层深
1.0-1.2
1.2-1.5 1 1 0.3
0.7 1.0
表面粗糙 精度
度
0.8
4
0.8
4
0.8
4
1.6
4
0.8
4
0.8
4
0.8
4
0.84Biblioteka 0.840.8
5
▪ 国产化材料的设计：
➢ 尽量选用杂质含量低的钢，尽量降低钢材的含氧量，力求 小于5PPm
➢ 锻造工艺的控制要求晶粒度要求大于6级
➢ 要有足够的锻造比，达到内部夹杂物和疏松等缺陷的大小 与晶粒相当，形状不尖锐，分布不连续，尽量远离表面
➢ 对于高速轴，应选用合金含量高的表面渗碳钢，控制芯部 的抗拉强度及断面收缩率
▪ 传动结构：三级平行轴圆柱齿轮传动 ▪ 传动过程：输入轴（Ⅰ轴） 一级增速齿轮轴（Ⅱ轴）
二级增速齿轮轴（Ⅲ轴） 输出轴（Ⅳ轴） ▪ 传动比：r输入=34r/min
r输出= 1512.8r/min i总=44.49 ▪ 速比分配： ➢ 一级增速轴（Ⅱ轴）与输入轴（Ⅰ轴）速比i为3.90 ➢ 二级增速轴（Ⅲ轴）与一级增速轴（Ⅱ轴）速比i为3.53 ➢ 输出轴（Ⅳ轴）与二级增速轴（Ⅲ轴）速比i为3.23
▪ 特点
▪ 全部是圆柱齿轮传动，传动结构相对比较简单 ▪ 上下对开式结构，拆装极其方便
▪ 所用轴承均为调心滚子轴承，承载能力强，可以 调节同轴误差
▪ 全部轴承都采用强制喷油润滑，润滑充分 ▪ 输出轴自带油泵，无需再配备电机
▪ 齿轮相对于轴承的位置不对称，要求轴有较大的 刚度
▪ 体积和重量相比同等功率增速箱都要大
5
行星架
45
调质
20-28
5
太阳轮
20CrMnTi 渗碳淬火 58-62
1.2-1.5 30-38
5
太阳轮轴 20CrMnMo 渗碳淬火 56-60 1.5
24-35
5
一级主齿 20CrMnTi 渗碳淬火 58-62
鼓型套
42GrMo 调质后氮化 HV550
1．5 0.3
30-38
5
28-35
5
中间轴
风电增速箱的一般结构及原理
风力发电机整体结构
▪ 风力发电机由叶片、增速齿轮箱、风叶控 制系统、刹车系统、发电机、塔架等组成。
▪ 视频
图1风力发电机部件位置图
增速箱概述
▪ 功能：将风轮在风力作用下所产生的动力 传递给发电机并使其得到相应的转速
▪ 特点 1、安装空间狭小，要求体积小、重量轻。 2、受无规律的变向变负荷及强阵风的冲击 3、常年经受酷暑严寒和极端温差的影响 4、所处环境交通不便，拆卸及运输不便 5、一旦出现故障，修复非常困难
➢ 对轴颈过度圆角进行研磨，以提高轴齿的疲劳性能及轴颈 的弯曲、扭转疲劳性能
➢ 低速级模数大、直径大的齿轮，要考虑材料的淬透性和渗 碳过程的抗晶界氧化和晶粒长大的能力。
常见增速箱的一般结构
▪ 德国弗兰德4280系列（642kw）增速箱结构
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
Ⅲ Ⅰ Ⅱ
图1一级行星齿轮+二级平行轴圆柱齿轮传动的增速箱结构简图
▪ 传动结构：由一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传 动组成
▪ 传动过程： 主轴 胀紧套 行星架 行星 轮 太阳轮 花键套 低速轴（Ⅰ轴） 中 间轴（Ⅱ轴） 输出轴（Ⅲ轴） 发电机
4
0.8
4
调质 调质
1.6
4
1.6
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退火
1.6
4
▪ 国产化的风电增速箱的材料及工艺要求
名称
材料
热处理工艺 表面硬度 硬化层深 芯部硬度 精度
主轴
42GrMoA 调质
25-32
5
内齿圈
42GrMoA 调质+氮化 HV700
0.3
28-38
6
行星轮
20MnCr5 渗碳淬火 58-62
1.0-1.2 30-38
➢ 配对外花键加工为鼓形花键，增加太阳轮的浮动 量
➢ 末二级为平行轴圆柱齿轮传动，扭矩小，可合理 分配减速比，提高传动效率
➢ 齿轮箱拆卸方便，但要求加工精度较高
▪ 西班牙TegsaPE-477B(350KW)增速箱结构
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅳ
图2三级圆柱齿轮传动增速箱二维结构展开简图
Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅱ
图3三级圆柱齿轮传动增速箱内部轴系位置三维结构简图