機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)658風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)1

畢業(yè)論文題目：風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2014年5月26日目錄309591.緒論3146451.1風(fēng)力發(fā)電開(kāi)展概況 3172191.2風(fēng)力發(fā)電的背景 4161711.2.1能源危機(jī) 4197541.2.2環(huán)境危機(jī) 4282161.2.3可再生能源開(kāi)發(fā)利用 5310641.2.4風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用 5242711.3風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀 6258141.3.1國(guó)外風(fēng)電開(kāi)展現(xiàn)狀 637521.3.2國(guó)內(nèi)風(fēng)電開(kāi)展現(xiàn)狀 7327531.4國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì) 7144751.4.1產(chǎn)業(yè)集中是總的趁勢(shì) 880131.4.2水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)成為主流 8224011.4.3風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大 8201982.發(fā)電機(jī)的工作原理及根本結(jié)構(gòu)962472.1風(fēng)電機(jī)的功能單元的劃分 9158132.2風(fēng)電機(jī)組的工作原理 10218142.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈的根本結(jié)構(gòu)及三維建模 1242752.3.1主軸 12203552.3.2齒輪箱 1269603.風(fēng)電發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算13194563.1確定設(shè)計(jì)目標(biāo) 13147133.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 13325193.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈零件設(shè)計(jì)方案 1570094.風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器的設(shè)計(jì)計(jì)算16313494.1傳動(dòng)方案確實(shí)定 1739094.2增速器根本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟 1839324.3傳動(dòng)原理圖 1854874.4增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能 19272284.5第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2019414.6第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 21101414.7第三級(jí)平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì) 22157104.8行星齒輪具體結(jié)構(gòu)確實(shí)定 22173445主軸制動(dòng)系統(tǒng)的研究2377045.1制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式選擇 23146645.1.1鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 24207325.1.2盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 26220835.1.3制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇 3122305.2盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 31297545.2.1制動(dòng)器主要部件的結(jié)構(gòu) 3130825.2.2制動(dòng)器的工作原理及安裝位置 35196375.3制動(dòng)器靜載荷接觸分析 35278565.3.1制動(dòng)任務(wù) 35140425.3.2計(jì)算最大制動(dòng)力矩和卡鉗夾緊力 36101406傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)39161016.1高速軸的設(shè)計(jì) 39311776.2低速軸的設(shè)計(jì) 39201166.3中間軸的設(shè)計(jì) 4026819總結(jié) 415559致謝 413269參考文獻(xiàn) 42摘要風(fēng)能作為一種可再生能源越來(lái)越受到世界各國(guó)政府的重視。與此同時(shí)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和裝備的研究開(kāi)發(fā)也日益成為科技領(lǐng)域和企業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)課題工程之一。風(fēng)能是一種清潔并且可再生的能源，利用風(fēng)能發(fā)電能夠大量減少其它發(fā)電方式對(duì)環(huán)境的污染。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理是：一定速度前進(jìn)的風(fēng)吹在靜止的風(fēng)力機(jī)葉片上做功并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，先通過(guò)葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，在由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)功率為1500千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成。對(duì)其葉片，行星齒輪增速器，塔架等進(jìn)行了詳細(xì)的方案選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；水平軸風(fēng)力機(jī)；葉片；增速器。AbstractWindenergy,asakindofrenewableenergy,ispaidattentiontobygovernmentsallaroundtheworld.Thewindpowertechnologyanditsequipmentresearchbecomeahotspottopicfortechnicalcirclesandenterprise.Windenergyisacleanandrenewableenergysources,Theuseofwindenergytopowercanreducealargenumberofenvironmentalpollutioncomparewithotherways.Theprincipleofwindturbineis:Acertainwindspeedblowingtothestationarybladesofwindturbine-drivengeneratorsworkanddrivinggeneratortopower,throughtheimpellerintothewindmechanicalenergy,thentoelectricalenergybythegenerator.Inthispaper,apowerof1500KWwindturbineisdesignedanditshorizontalaxiswindturbine,Composedbytheimpeller,generator,yawdevices,controlsystems,towersandothercomponents.Carryoutadetaileddesigncalculationsofitsleaves,theplanetarygearspeedincreaser,tower,etc.Keyword:windpower;horizontalaxiswindturbine;leaves;speedincreaser.1.緒論1．1風(fēng)力發(fā)電開(kāi)展概況風(fēng)能是一種開(kāi)發(fā)本錢(qián)較低、清潔、平安、可再生的能源。因此，風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到重視。根據(jù)貝茲理論，風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收的能量不到空氣動(dòng)能的59.3%，同時(shí)由于受到機(jī)械結(jié)構(gòu)等限制，實(shí)際值更小。因此，如何提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化率，獲取更多風(fēng)能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能規(guī)?；?，一直為學(xué)者及業(yè)界所關(guān)注。近年來(lái)，大型風(fēng)電機(jī)組通過(guò)采用變速變槳距控制及最大功率跟蹤MPPT等技術(shù)，旨在提高響應(yīng)速度，獲得最大能量〔低風(fēng)速是捕獲最大功率，高風(fēng)速時(shí)捕獲額定功率〕。但是，由于一些不確定因素的存在，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)非線性特征，風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的能量隨著風(fēng)速和風(fēng)向的連續(xù)波動(dòng)是快速變化的。傳統(tǒng)線性定常控制器因存在較大超調(diào)和損失，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，不適合用來(lái)控制大型變速變槳距風(fēng)電機(jī)組。根據(jù)風(fēng)速大小，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由4個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程構(gòu)成，即啟動(dòng)、變速運(yùn)行、變槳距運(yùn)行和剎車。其中，啟動(dòng)、剎車過(guò)程使系統(tǒng)能在最短時(shí)間內(nèi)有較快的響應(yīng)速度；變速運(yùn)行調(diào)節(jié)風(fēng)能，減少或消除風(fēng)能產(chǎn)生過(guò)程中的急劇波動(dòng)，捕獲最大能量，減弱暫態(tài)負(fù)荷的影響；變槳距控制通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角維持風(fēng)電機(jī)組輸出額定功率不變。風(fēng)車按照風(fēng)輪軸的不同，可以分為水平軸風(fēng)車和垂直軸風(fēng)車。能量驅(qū)動(dòng)鏈〔即風(fēng)輪、主軸、變速箱、發(fā)電機(jī)〕呈水平方向的，稱為水平軸風(fēng)車〔水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，圖1-1能量驅(qū)動(dòng)鏈呈垂直方向的，稱為垂直軸風(fēng)車〔垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，圖2〕。圖1-1水平軸風(fēng)車圖1-2垂直軸風(fēng)車我國(guó)已成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的主要市場(chǎng)之一，風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)量為1400GW。其中，陸上開(kāi)發(fā)量為600GW；海上開(kāi)發(fā)量為800GW。我國(guó)在20世紀(jì)50年代末，使用各種木結(jié)構(gòu)的布篷式風(fēng)車。20世紀(jì)70年代中期以后，風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用列入“六五”國(guó)家方案。20世紀(jì)70年代末到80年代初，自主研制、批量生產(chǎn)了10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，解決了居住分散的農(nóng)牧民和島嶼居民的生產(chǎn)、生活用電，風(fēng)力發(fā)電停留在蒙古包單家獨(dú)戶使用或?qū)嶒?yàn)室研究階段。1983年，山東引進(jìn)3臺(tái)丹麥Vestas55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，開(kāi)始了并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范；1986年5月，山東榮成建成我國(guó)第一個(gè)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)，其次是新疆達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)。1986～1993年，全國(guó)共建12個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)容量為13.3MW；1994～1999年，全國(guó)共建有21個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)容量到達(dá)249.05MW。其中，1992～1996年的主力機(jī)型為200～300kW機(jī)組，1997～2002年的主力機(jī)型那么為600kW機(jī)組。2008年，我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量到達(dá)12.21GW，其中并網(wǎng)發(fā)電的裝機(jī)容量為8.94kW。截止到2009年年底，我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)總量累計(jì)到達(dá)16.13GW，累計(jì)裝機(jī)容量為25805.3MW。1．2風(fēng)力發(fā)電的背景1.2.1能源危機(jī)能源是人類賴以生存的物質(zhì)根底。自從工業(yè)革命以來(lái)，全球的能源消耗飛速增長(zhǎng)，推動(dòng)了工業(yè)化的進(jìn)程，提高了社會(huì)開(kāi)展水平和人類生活質(zhì)量。全球經(jīng)濟(jì)的急劇增長(zhǎng)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，能源危機(jī)制約了人類進(jìn)一步開(kāi)展。自20世紀(jì)50年代以后，由于石油危機(jī)的爆發(fā)，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)造成巨大影響，國(guó)際輿論開(kāi)始關(guān)注世界能源危機(jī)問(wèn)題。全球能源危機(jī)的主要表現(xiàn)在于，全球能源儲(chǔ)量與開(kāi)采時(shí)間有限?？梢灾涞幕Y源的極限大約為1180~1510億噸，自1995年世界石油的開(kāi)采量33.2億噸計(jì)算，石油儲(chǔ)量大約在2050年左右即將枯竭；天然氣儲(chǔ)量估計(jì)131800~152900m3，年開(kāi)采量維持在2300m3，將在57~65年內(nèi)枯竭；煤的儲(chǔ)量約為5600億噸，1995年煤開(kāi)采量為33億噸，可以供給169年；鈾的年開(kāi)采量目前為每年6萬(wàn)噸，據(jù)1993年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到21世紀(jì)30年代中期。綜上所述，煤炭、石油、天然氣等不可再生化石能源的總量有限，待開(kāi)發(fā)新的可再生能源。1.2.2環(huán)境危機(jī)在能源消耗急劇增長(zhǎng)，能源危機(jī)凸顯的同時(shí)，環(huán)境危機(jī)也出現(xiàn)了?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源的巨大需求，導(dǎo)致大量的化石能源被燃燒。燃燒不斷產(chǎn)生CO2和其他溫室氣體，使得原來(lái)沉積在地下的碳元素，被大量釋放到空氣中。據(jù)估計(jì)，按照目前的趨勢(shì)，到2030年，由各種溫室氣體增加所引起的氣候變化，將相當(dāng)于把大氣中CO2濃度提高到工業(yè)化社會(huì)以前CO2濃度的兩倍。到2100年，溫室效應(yīng)強(qiáng)度將相當(dāng)于把大氣中CO2濃度提高到工業(yè)化社會(huì)以前CO2濃度的3倍，到達(dá)5000萬(wàn)年前的CO2濃度水平。能源消費(fèi)在迅速擴(kuò)大，已經(jīng)到達(dá)了阻礙地球生態(tài)系統(tǒng)自律功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的程度。研究說(shuō)明：地球變暖不是地球本身自然循環(huán)的變化，而是人類活動(dòng)排放的CO2等溫室氣體效應(yīng)造成的。其過(guò)程與人類大量消耗化石能源資源，尤其是燃燒化石燃料發(fā)電大量排放的CO2密切相關(guān)。到2015年，世界溫室氣體的排放量將到達(dá)最高，全球變暖帶來(lái)的影響不僅僅是更多的汗?jié)碁?zāi)害，還有海平面的上升。全球氣候的變化對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)造成了嚴(yán)重的影響，時(shí)刻威脅著人類的生命和財(cái)產(chǎn)平安。1.2.3可再生能源開(kāi)發(fā)利用目前，如何解決能源危機(jī)及其引起的環(huán)境危機(jī)成為全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開(kāi)展所面臨的待解決的重大課題。克服能源危機(jī)的出路在于大力開(kāi)展新能源，用可再生能源替代化石能源。電能具有轉(zhuǎn)換和傳輸方便的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代工業(yè)快速開(kāi)展不可替代的二次能源。為緩解或從根本上消除能源危機(jī)帶來(lái)的環(huán)境破壞，綠色電力的生產(chǎn)為世界各國(guó)所關(guān)注。綠色電力來(lái)源于風(fēng)能、小水電、太陽(yáng)能、地?zé)?、生物質(zhì)和其他可再生能源。因?yàn)樗鼈冊(cè)谏a(chǎn)的過(guò)程中不消耗煤、石油、天然氣等燃料，所以不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的排放物。相對(duì)于常規(guī)火力發(fā)電，更有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)開(kāi)展。因此，開(kāi)發(fā)綠色電力意義重大。全球市場(chǎng)對(duì)于這樣的零排放技術(shù)有著巨大且持續(xù)增長(zhǎng)的需求。為了防止發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的氣候變化后果，全球的溫室氣體排放必須在2020年前后到達(dá)峰值且開(kāi)始下降，而風(fēng)電是目前唯一實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的發(fā)電技術(shù)。1.2.4風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)的輻射造成地球外表受熱不均，引起大氣層中壓力分布不均，同時(shí)，地球發(fā)生自轉(zhuǎn)，使空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)，空氣流動(dòng)所形成的動(dòng)能稱為風(fēng)能。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽(yáng)能只有大約2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，理論上僅1%的風(fēng)能就能滿足人類能源的需求。全球的風(fēng)能總量約為2.74×106GW，其中可利用的風(fēng)能總量為2.74×104GW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。根據(jù)我國(guó)900多個(gè)氣象站陸地上離地10m高度資料進(jìn)行估算，全國(guó)平均風(fēng)功率密度為100W/m2，風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為3226GW，可開(kāi)發(fā)和利用的陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量為600GW，海上可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為800GW，共計(jì)約1400GW。50m或更高處可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為2000GW。人類利用風(fēng)能的歷史可以追溯到公元前。在蒸汽機(jī)創(chuàng)造以前，風(fēng)能曾經(jīng)作為重要的動(dòng)力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。埃及被認(rèn)為可能是最先利用風(fēng)能的國(guó)家。12世紀(jì)，風(fēng)車從中東傳入歐洲。16世紀(jì)，荷蘭人利用風(fēng)車排水。隨著煤、石油、天然氣的大規(guī)模開(kāi)采和廉價(jià)電力的獲得，由于本錢(qián)高、效率低、使用不方便等，風(fēng)力發(fā)電機(jī)械無(wú)法與蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)等競(jìng)爭(zhēng)而逐漸被淘汰。在20世紀(jì)70年代中期以后，我國(guó)將風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用列入“六五”國(guó)家重點(diǎn)工程，得到迅速開(kāi)展。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電從20世紀(jì)80年代開(kāi)始真正起步。20世紀(jì)70年代末80年代初，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)研制并批量生產(chǎn)了額定容量10kW以下的小型風(fēng)電機(jī)組，解決了居住分散的農(nóng)牧民和島嶼居民的生產(chǎn)生活用電。1986年5月，山東榮成建成了我國(guó)第一個(gè)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)。20世紀(jì)80年代中期以后，我國(guó)先后從丹麥、比利時(shí)、瑞典、美國(guó)、德國(guó)引進(jìn)一批中、大型風(fēng)電機(jī)組，在新疆、內(nèi)蒙古的風(fēng)口及山東、浙江、福建、廣東的島嶼建立了8座示范性風(fēng)電場(chǎng)。1．3風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外風(fēng)電開(kāi)展現(xiàn)狀風(fēng)電本錢(qián)不考慮常規(guī)電力環(huán)境本錢(qián)，根據(jù)目前的風(fēng)電技術(shù)水平，風(fēng)電本錢(qián)仍高于常規(guī)電力本錢(qián)，因此許多國(guó)家采取了諸如價(jià)格、市場(chǎng)配額、稅收等各種鼓勵(lì)政策，從不同的方面引導(dǎo)和支持風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)展。經(jīng)過(guò)30年的努力，隨著市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，風(fēng)電本錢(qián)大幅度下降，每千瓦時(shí)風(fēng)電本錢(qián)由20世紀(jì)80年代初的20美分下降到2007年的4~6美分。在風(fēng)能資源較好的地方，風(fēng)電價(jià)格完全可以和煤電競(jìng)爭(zhēng)，低于燃?xì)怆妰r(jià)。裝機(jī)容量高速增長(zhǎng)根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)公布的2003~2007年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球風(fēng)電平均增長(zhǎng)率為24.7%。到2007年年底，全球總裝機(jī)容量累計(jì)到達(dá)近94GW，新增風(fēng)電裝機(jī)容量20GW，分別在全球70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。2007年全球大約生產(chǎn)了2000億度風(fēng)電電力，約占全球電力供給的1%。按照累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量數(shù)據(jù)排名，2007年全球前十名的國(guó)家依次是德國(guó)、美國(guó)、西班牙、印度、中國(guó)、丹麥、意大利、法國(guó)、英國(guó)和葡萄牙。2008年全球新裝機(jī)容量超過(guò)27GW，同比增長(zhǎng)42%，風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)率為29%，高于過(guò)去5年的平均增長(zhǎng)速度。2008年年底，總裝機(jī)容量到達(dá)了120.8GW，美國(guó)超過(guò)德國(guó)，躍居全球風(fēng)電裝機(jī)容量首位，同時(shí)也成為第二個(gè)風(fēng)電裝機(jī)容量超過(guò)20GW的風(fēng)電大國(guó)。中國(guó)超過(guò)印度，成為亞洲第一、世界第四的風(fēng)電大國(guó)。到2008年年底，在世界風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量中，已有包括美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、西班牙、印度等在內(nèi)的16個(gè)國(guó)家超過(guò)1GW。在歐盟2007年新增發(fā)電裝機(jī)容量中，風(fēng)電開(kāi)始超過(guò)天然氣發(fā)電成為第一大新增電源，占新增容量的46%。歐洲2008年風(fēng)電新增裝機(jī)容量為88GW，累計(jì)裝機(jī)容量到達(dá)了66GW。美國(guó)2007年新增的風(fēng)電裝機(jī)也僅次于天然氣發(fā)電，位居第二。2008年內(nèi)美國(guó)竣工的風(fēng)電工程容量更是占當(dāng)年度美國(guó)所有新增電力裝機(jī)的42%，新增裝機(jī)容量到達(dá)8.34GW，同比增長(zhǎng)157%，累計(jì)增長(zhǎng)49.6%，完成新增投資170億美元。風(fēng)電在歐美興旺國(guó)家已經(jīng)逐步成為重要的替代能源。開(kāi)展規(guī)劃20世紀(jì)90年代初，歐盟提出了大力開(kāi)展風(fēng)電，到2010年風(fēng)電裝機(jī)容量到40GW的目標(biāo)，并要求其成員國(guó)根據(jù)總體開(kāi)展規(guī)劃制訂本國(guó)的開(kāi)展目標(biāo)與實(shí)施方案。2007年年初，根據(jù)技術(shù)開(kāi)展和能源需求的需要，歐盟又進(jìn)一步修訂了開(kāi)展方案，希望2010年風(fēng)電裝機(jī)容量到達(dá)80GW；到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量到達(dá)180GW，發(fā)電量到達(dá)3600億kW·h；2030年風(fēng)電裝機(jī)容量到達(dá)300GW，發(fā)電量到達(dá)6000×108kW·h，分別占屆時(shí)歐盟風(fēng)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的35%和20%。2006年，美國(guó)可再生能源理事會(huì)提出了將可再生能源的比例由目前的4%左右，提高到2025年的25%的開(kāi)展目標(biāo)。美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)也提出了未來(lái)依靠風(fēng)電滿足國(guó)內(nèi)20%電力需求的宏偉目標(biāo)。英國(guó)、法國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本和東歐的波蘭等國(guó)也開(kāi)始加速開(kāi)展風(fēng)電。1.3.2國(guó)內(nèi)風(fēng)電開(kāi)展現(xiàn)狀裝機(jī)容量2004年年底，全國(guó)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量約為764MW。2005年2月《可再生能源法》公布之后，當(dāng)年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量超過(guò)60%，總?cè)萘康竭_(dá)了1260GW。2006年新增裝機(jī)容量超過(guò)100%，累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)2.6GW。2007年又新增裝機(jī)容量3.3GW，累計(jì)裝機(jī)容量到達(dá)5.9GW，超過(guò)丹麥，成為世界第5風(fēng)電大國(guó)。當(dāng)年裝機(jī)容量?jī)H次于美國(guó)和西班牙，超過(guò)德國(guó)和印度，成為世界上最主要的風(fēng)電市場(chǎng)之一。風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量從2003年年末的567MW增加到了2008年年末的12.21GW，增加了205倍。2008年新增裝機(jī)容量超過(guò)印度，成為亞洲第一、世界第四、風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電大國(guó)。2009年新增裝機(jī)容量13.85GW，累計(jì)裝機(jī)容量為26GW，總裝機(jī)容量躍居世界第2位。風(fēng)電設(shè)備制造能力風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)開(kāi)展迅猛。2005年之前，我國(guó)只有少數(shù)幾家風(fēng)電設(shè)備制造商，它們規(guī)模小、技術(shù)落后，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)主要依賴進(jìn)口風(fēng)電整機(jī)?！堕_(kāi)再生能源法》公布后，風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)已超過(guò)40家。除金風(fēng)科技和浙江運(yùn)達(dá)加大投入、迅速擴(kuò)張之外，東方汽輪機(jī)、華銳風(fēng)電、中國(guó)船舶、通用電氣、湖南湘電、上海電氣、廣東明陽(yáng)、維斯塔斯、歌美颯、蘇司蘭、西門(mén)子等一批國(guó)內(nèi)外大型制造業(yè)和投資商紛紛進(jìn)入我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)市場(chǎng)。風(fēng)電技術(shù)研發(fā)“九五”和“十五”期間，我國(guó)政府組織實(shí)施“乘風(fēng)方案”和“國(guó)家科技攻關(guān)方案”，以及國(guó)債工程和風(fēng)電特許權(quán)工程，支持建立了首批6家風(fēng)電整機(jī)企業(yè)，進(jìn)行風(fēng)電技術(shù)的引進(jìn)和消化吸收，局部企業(yè)掌握了單機(jī)容量600kW和750kW定槳距風(fēng)電機(jī)組的總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，邁出了產(chǎn)業(yè)化開(kāi)展的第一步。“十五”期間，還開(kāi)展了1000kW、1500kW變速恒頻風(fēng)電機(jī)組，以及1200kW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)與聯(lián)合攻關(guān)，取得階段性成果。經(jīng)過(guò)“十五”期間的自主研究和技術(shù)引進(jìn)，我國(guó)已根本掌握了以雙饋發(fā)電機(jī)為代表的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)，研制成功兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)。我國(guó)風(fēng)電技術(shù)與國(guó)外風(fēng)電技術(shù)的差距正在不斷縮小。1．4國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)縱觀世界風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)實(shí)和前沿技術(shù)的開(kāi)展，目前全球風(fēng)電技術(shù)開(kāi)展主要呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：1.4.1產(chǎn)業(yè)集中是總的趁勢(shì)2009年，世界排名前十位的風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)占據(jù)了全球78.7％的市場(chǎng)份額，世界排名前十五位的風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)占據(jù)了全球88.1％的市場(chǎng)份額，丹麥VESTAS、美國(guó)GEWIND、中國(guó)華銳、德國(guó)ENERCON、中國(guó)金風(fēng)這前5家企業(yè)，就占據(jù)了國(guó)內(nèi)外49.8％市場(chǎng)份領(lǐng)?？梢钥闯觯菏澜顼L(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)形成了由十多家大型風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)控制或壟斷的局面。近幾年，風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)之間的兼并、重組、收購(gòu)愈演愈烈。法國(guó)阿?，m集團(tuán)收購(gòu)-Multibrid；丹麥的Vestas公司兼并NEG。Micon公司；美國(guó)GE公司收購(gòu)了德國(guó)安然風(fēng)電公司；Siemes公司收購(gòu)了丹麥AN/Bonus和德國(guó)winergyAG公司；印度Suzlon公司控股了Repower公司；金風(fēng)科技收購(gòu)了德國(guó)Vensys公司；湘電股份1000萬(wàn)歐元收購(gòu)荷蘭達(dá)爾文公司；中復(fù)連眾收購(gòu)了德國(guó)NOI公司；中航惠騰2009年收購(gòu)了荷蘭CTC葉片公司；美國(guó)GE公司與哈電集團(tuán)合資成立了通用哈電風(fēng)能〔沈陽(yáng)〕公司和哈電通用風(fēng)能〔江蘇〕公司。此外，各大公司在主要市場(chǎng)集中地都建立了生產(chǎn)基地，一個(gè)大公司相當(dāng)于多個(gè)公司的集成。1.4.2水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)成為主流水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，因其具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短，在大型風(fēng)電機(jī)組上更顯出經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，使水平軸風(fēng)電機(jī)組成為世界風(fēng)電開(kāi)展的主流機(jī)型，并占到95％以上的市場(chǎng)份額。同期開(kāi)展的垂直軸風(fēng)電機(jī)組因轉(zhuǎn)軸過(guò)長(zhǎng)、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高，啟動(dòng)、停機(jī)和變槳困難等問(wèn)題，目前市場(chǎng)份額很小、應(yīng)用數(shù)量有限，但由于其全風(fēng)向?qū)︼L(fēng)、變速裝置及發(fā)電機(jī)可以置于風(fēng)輪下方或地面等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，國(guó)際上相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)也在不斷進(jìn)行并取得一定進(jìn)展。1.4.3風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大近年來(lái)，世界風(fēng)電市場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量持續(xù)增大，隨著單機(jī)容量不斷增大和利用效率提高，世界上主流機(jī)型已經(jīng)從2000年的500-1000kW增加到2009年的2-31VM。我國(guó)主流機(jī)型已經(jīng)從2005年的600-1000kW增加到2009年的850-2000kW，2009年我國(guó)陸地風(fēng)電場(chǎng)安裝的最大風(fēng)電機(jī)組為2MW。近年來(lái)，海上風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)一步加快了大容量風(fēng)電機(jī)組的開(kāi)展，2008年底世界上已運(yùn)行的最大風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量已到達(dá)6MW，風(fēng)輪直徑到達(dá)127m。目前，已經(jīng)開(kāi)始8-10MW風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造。我國(guó)華銳風(fēng)電的3MW海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)成功投入運(yùn)行，5MW海上風(fēng)電機(jī)組已在2010年10月底下線。目前，華銳、金風(fēng)、東汽、國(guó)電聯(lián)合、湖南湘電、重慶海裝等公司都在研制5MW或6MW的大容量風(fēng)電機(jī)組。2.發(fā)電機(jī)的工作原理及根本結(jié)構(gòu)2．1風(fēng)電機(jī)的功能單元的劃分控制與平安系統(tǒng)一次能源轉(zhuǎn)換單元機(jī)械能傳遞單元控制與平安系統(tǒng)一次能源轉(zhuǎn)換單元機(jī)械能傳遞單元發(fā)電單元圖2-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的根本功能構(gòu)成〔1〕一次能源轉(zhuǎn)換單元風(fēng)能是風(fēng)力發(fā)電的一次能源，相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換單元是風(fēng)電機(jī)組的核心局部，包括風(fēng)輪、功率控制〔調(diào)速〕等部件。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組能量轉(zhuǎn)換單元的關(guān)鍵部件，一般由良好的空氣動(dòng)力外形的葉片、輪轂和相應(yīng)的功率控制機(jī)構(gòu)組成。一次能源轉(zhuǎn)換單元的主要功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能〔轉(zhuǎn)矩〕，再通過(guò)風(fēng)輪軸驅(qū)動(dòng)與之連接的機(jī)械能傳遞單元和發(fā)電單元?！?〕機(jī)械能傳遞單元機(jī)械能傳遞單元也可簡(jiǎn)稱為風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈，連接風(fēng)電機(jī)組的一次能源轉(zhuǎn)換單元與發(fā)電單元，使之組成發(fā)電系統(tǒng)。該單元一般包括與風(fēng)輪輪轂相連接的主軸、傳動(dòng)和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等。一般大型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較低，需要根據(jù)發(fā)電單元的要求，通過(guò)傳動(dòng)鏈按一定的速比傳遞風(fēng)輪產(chǎn)生的扭矩，使輸入發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電單元的需要。同時(shí)，機(jī)械能傳遞單元還要設(shè)置可靠的制動(dòng)機(jī)構(gòu)，以保證風(fēng)電機(jī)組的平安運(yùn)行?！?〕發(fā)電單元發(fā)電單元一般由發(fā)電機(jī)和必要的電功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)成。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電單元可采用異步發(fā)電機(jī)或同步發(fā)電機(jī)，將風(fēng)輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電單元配置的電功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，應(yīng)能夠滿足并網(wǎng)或其他形式發(fā)電的需求?！?〕控制與平安系統(tǒng)該系統(tǒng)主要功能可分為風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)兩局部：大型風(fēng)電機(jī)組需要自動(dòng)控制，既能夠在無(wú)人值守的條件下，保證風(fēng)電機(jī)組的正常和平安運(yùn)行；同時(shí)又要保證風(fēng)電機(jī)組在非正常情況發(fā)生時(shí)能可靠的停機(jī)，以預(yù)防或減輕損失。此外，風(fēng)電機(jī)組還需要有上述功能部件或子系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，如機(jī)艙、塔架等；多數(shù)風(fēng)電機(jī)組需要設(shè)置對(duì)風(fēng)〔也稱偏航〕裝置，以保證風(fēng)輪能夠更好的獲取風(fēng)能。2．2風(fēng)電機(jī)組的工作原理在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，存在著兩種物質(zhì)流。一種是能量流，另一種是信息流。兩者的相互作用，使機(jī)組完成發(fā)電功能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理如圖2-2所示。控制系統(tǒng)偏航系統(tǒng)控制系統(tǒng)偏航系統(tǒng)主傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)裝置發(fā)電系統(tǒng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)變槳距系統(tǒng)變壓器風(fēng)M1?1M2?2P3轉(zhuǎn)速測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)速風(fēng)速、風(fēng)向功率測(cè)量圖2-2風(fēng)電機(jī)的工作原理能量流當(dāng)風(fēng)以一定的速度吹向風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，在風(fēng)輪上產(chǎn)生的力矩驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。將風(fēng)的動(dòng)能變成風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，兩者都屬于機(jī)械能。風(fēng)輪的輸出功率為〔2-1〕式中P1——風(fēng)輪的輸出功率，單位為W；M1——風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；?1——風(fēng)輪的角速度，單位為1/s.風(fēng)輪的輸出功率通過(guò)主傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞。主傳動(dòng)系統(tǒng)可能使轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，于是有〔2-2〕式中P2——主傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率，單位為W；M2——主傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；?2——主傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度，單位為1/s；——主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率。主傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力傳遞給發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能變?yōu)殡娔?。發(fā)電機(jī)的輸出功率為〔2-3〕式中P3——發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，單位是W；UN——定子三相繞組上的線電壓，單位是V；IN——流過(guò)定子繞組線電流，單位是A；cos——功率因數(shù)； 2——發(fā)電系統(tǒng)的總效率。信息流信息流的傳遞是圍繞控制系統(tǒng)進(jìn)行的?？刂葡到y(tǒng)的功能是過(guò)程控制和平安保護(hù)。過(guò)程控制包括起動(dòng)、運(yùn)行、暫停、停止等。在出現(xiàn)惡劣的外部環(huán)境和機(jī)組零部件突然失效時(shí)應(yīng)該緊急停機(jī)。風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)電功率等物理量通過(guò)傳感器變成電信號(hào)傳給控制系統(tǒng)，它們是控制系統(tǒng)的輸入信息。控制系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)輸入信息進(jìn)行加工和比擬，及時(shí)的發(fā)出控制指令，這些指令是控制系統(tǒng)的輸出信息。對(duì)于變槳距風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出變槳距指令，通過(guò)變槳距系統(tǒng)改變風(fēng)輪葉片的槳距角，從而控制風(fēng)電機(jī)組輸出功率。在起動(dòng)和停止的過(guò)程中，也需要改變?nèi)~片的槳距角。對(duì)于變速型風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)的大小發(fā)出改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的指令，以便使風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大限度的捕獲風(fēng)能。當(dāng)風(fēng)輪的軸向和風(fēng)向偏離時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出偏航指令，通過(guò)偏航系統(tǒng)校正風(fēng)輪軸的指向，使風(fēng)輪始終對(duì)準(zhǔn)來(lái)風(fēng)方向。當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，除了借助變槳距制動(dòng)外，還可以通過(guò)安裝在傳動(dòng)軸上的制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。實(shí)際上，在風(fēng)電機(jī)組中，能量流和信息流組成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)，變槳距系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等也組成了假設(shè)干閉環(huán)的子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈的根本結(jié)構(gòu)及三維建模2.3.1主軸主軸也稱低速軸。大中型風(fēng)力電機(jī)組由于其葉片長(zhǎng)、重量大，所以為了使槳葉的離心力與葉尖的線速度不至于太大，其轉(zhuǎn)速一般小于50r/min，因此，主軸承受的扭矩較大。大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸材料可選用40Cr或其他高強(qiáng)度的合金鋼，必須經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，保證鋼材在強(qiáng)度、塑性、韌性3個(gè)方面都有較好的綜合機(jī)械性能，在設(shè)計(jì)加工圖時(shí)，必須注明這一技術(shù)要求。主軸如圖2-5所示圖2-3主軸示意圖2.3.2齒輪箱齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中關(guān)鍵零部件。齒輪箱由齒輪副、箱體和軸承、密封裝置、潤(rùn)滑油凈化和溫控系統(tǒng)等組成，由于風(fēng)力機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機(jī)工作在高轉(zhuǎn)速下，為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)匹配，采用增速齒輪箱。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，對(duì)齒輪箱的要求非常嚴(yán)格，不僅體積小、重量輕、效率高，而且要承載能力大、起動(dòng)力矩小、壽命長(zhǎng)。齒輪箱分為兩類，即定軸線齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)。定軸線齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，造價(jià)低廉。行星齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、質(zhì)量小、承載能力大、工作平穩(wěn)和在某些情況下效率高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，造價(jià)高。如圖2-6所示。圖2-4齒輪箱整體圖3.風(fēng)電發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)所涉及的學(xué)科領(lǐng)域和專業(yè)知識(shí)較多，而系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)技術(shù)積累和豐富的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是保證大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)質(zhì)量的必備條件。3．1確定設(shè)計(jì)目標(biāo)與所有大型裝備的設(shè)計(jì)相似，首先需要明確所設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)目標(biāo)。比方，并網(wǎng)大功率機(jī)組與偏僻地區(qū)的小型單機(jī)設(shè)計(jì)需求明顯不同。因此，針對(duì)設(shè)計(jì)需求，應(yīng)考慮合理的機(jī)組功能構(gòu)成、電機(jī)類型、控制方式、運(yùn)輸和安裝方式等影響機(jī)組性能指標(biāo)的主要因素。例如，陸上風(fēng)電場(chǎng)所需的大型機(jī)組通常額定功率范圍為500-2MW，便于運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行和維修。近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境〔如風(fēng)況、波浪和鹽霧等〕、安裝條件等與陸上有很大差異，根底和運(yùn)輸方式需要重點(diǎn)考慮。此外，檢修、維護(hù)不便，對(duì)可靠性有更高的要求。3.1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案風(fēng)電機(jī)組是比擬復(fù)雜的機(jī)電裝備,且要求較好的性價(jià)比。總體設(shè)計(jì)是平衡這些關(guān)系的重要設(shè)計(jì)過(guò)程，在某種意義上來(lái)說(shuō)，總體設(shè)計(jì)可以決定整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的成敗。由于風(fēng)電機(jī)組由多個(gè)功能子系統(tǒng)組成，機(jī)組總體設(shè)計(jì)與各部件或子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)密切相關(guān)，以針對(duì)風(fēng)輪部件的總體設(shè)計(jì)為例，就包括了葉片參數(shù)、氣動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、制造工藝與本錢(qián)等多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，而這些設(shè)計(jì)目標(biāo)很難同時(shí)到達(dá)，需要權(quán)衡各方的比重，選擇優(yōu)化的方案。有鑒于低本錢(qián)與高可靠性是現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組開(kāi)展的主要?jiǎng)恿脱芯繜狳c(diǎn)，如何根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，在這些復(fù)雜因素之間取得平衡關(guān)系，滿足盡可能高的設(shè)備性價(jià)比要求，是風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。以下簡(jiǎn)要介紹風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)與大致步驟:〔1〕風(fēng)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案1〕總體氣動(dòng)布局方案設(shè)計(jì)隨著風(fēng)電機(jī)單機(jī)功率的增大，系統(tǒng)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)逐漸成為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)重要方面。此階段的任務(wù)主要包括對(duì)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)況分析，有針對(duì)性地對(duì)各類可行的功能構(gòu)成形式和氣動(dòng)布局方案進(jìn)行比擬和選擇，并結(jié)合機(jī)組性能和氣動(dòng)特性的分析和仿真技術(shù)，初步確定整機(jī)的和各主要部件〔子系統(tǒng)〕的根本形式，并提交有關(guān)的分析計(jì)算報(bào)告。2〕風(fēng)電機(jī)總體參數(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組氣動(dòng)設(shè)計(jì)前須首先確定總體參數(shù)，如風(fēng)輪運(yùn)行參數(shù)、葉片參數(shù)、設(shè)計(jì)風(fēng)速、尖速比、翼型分布及其氣動(dòng)性能等，總體參數(shù)設(shè)計(jì)的根本要求是發(fā)電本錢(qián)最低、機(jī)組載荷最小，發(fā)電量多且滿足電源品質(zhì)要求。3〕風(fēng)電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)此階段是需要從風(fēng)電機(jī)的總體功能角度出發(fā)，分析各部件、子系統(tǒng)、附件和設(shè)備的布置形式與技術(shù)要求，開(kāi)展對(duì)各部件和子系統(tǒng)的技術(shù)組成、原理分析、結(jié)構(gòu)形式和功能參數(shù)選擇等工作。同時(shí)需要對(duì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件布置、承載形式和傳力路線進(jìn)行分析，選擇合理的設(shè)計(jì)別離面和接口形式，以便明確劃分各部件設(shè)計(jì)界面，保證總體設(shè)計(jì)的質(zhì)量。4〕載荷分析與風(fēng)電機(jī)組根本性能的預(yù)評(píng)估在設(shè)計(jì)初期，必須對(duì)載荷作預(yù)評(píng)估，以準(zhǔn)確確定風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)。風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能夠承受正常運(yùn)行中的任何載荷，同時(shí)也具備一定的承受極端載荷的能力。最重要的載荷產(chǎn)生于風(fēng)輪及其葉片，且風(fēng)輪上的任何載荷都會(huì)對(duì)其他子系統(tǒng)產(chǎn)生影響。該階段要注意查閱并依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合具體的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行工況要求，對(duì)所有載荷都應(yīng)予以仔細(xì)分析評(píng)估。5〕各部件和子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案根據(jù)整機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案，開(kāi)展包括對(duì)各部件和系統(tǒng)的要求、組成、原理分析、結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)及附件的選擇等設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)有關(guān)部件的結(jié)構(gòu)方案模型圖和有關(guān)系統(tǒng)的原理圖，并編寫(xiě)有關(guān)的報(bào)告和技術(shù)說(shuō)明。6〕配套附件選擇和確定整機(jī)配套附件和備件等設(shè)備，對(duì)新研制的部件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系。提交協(xié)作及采購(gòu)清單等有關(guān)文件。總體設(shè)計(jì)階段將解決全局性的重大問(wèn)題，必須精心和慎重的進(jìn)行，要盡可能充分利用已有的經(jīng)驗(yàn)，以求總體設(shè)計(jì)階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗(yàn)根底上，防止以后出現(xiàn)不應(yīng)有的重大反復(fù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失誤和延期。上述總體設(shè)計(jì)的各階段屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果是：風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)方案圖、總體布置圖和設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告、風(fēng)電機(jī)性能分析與載荷初步分析報(bào)告、各部件和子系統(tǒng)的初步技術(shù)要求與設(shè)計(jì)示意圖、系統(tǒng)原理圖?！?〕風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析在初步完成風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)的根底上，需要進(jìn)一步對(duì)風(fēng)電機(jī)組動(dòng)特性進(jìn)行詳細(xì)的分析。動(dòng)特性分析屬于風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究范疇，主要涉及動(dòng)載荷分析、振動(dòng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)特性分析等方面的內(nèi)容。1〕動(dòng)載荷問(wèn)題作用于風(fēng)輪葉片上的周期性氣動(dòng)和機(jī)械載荷會(huì)引起葉片等構(gòu)件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而此響應(yīng)反響于外部氣動(dòng)負(fù)荷。因此，這實(shí)質(zhì)上是一種流固耦合響應(yīng)問(wèn)題，對(duì)風(fēng)輪等零部件的疲勞會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)，葉片等構(gòu)件的動(dòng)負(fù)載將合成為風(fēng)輪的動(dòng)負(fù)載，也是風(fēng)電機(jī)振動(dòng)的主要振源。2〕振動(dòng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，始終存在持續(xù)的周期性的振動(dòng)，風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)及其支撐結(jié)構(gòu)等零部件的設(shè)計(jì)都必須考慮振動(dòng)問(wèn)題。振動(dòng)會(huì)引起結(jié)構(gòu)的損傷或破壞，影響設(shè)備的可靠性和可用性。3〕穩(wěn)定性風(fēng)電機(jī)組載荷存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，可能會(huì)導(dǎo)致各種動(dòng)力穩(wěn)定性問(wèn)題的產(chǎn)生。在風(fēng)電機(jī)組開(kāi)展史上，運(yùn)行中風(fēng)輪與其他機(jī)體耦合的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問(wèn)題造成了許多嚴(yán)重的后果。風(fēng)輪的動(dòng)力不穩(wěn)定性，包括變距/揮舞不穩(wěn)定性〔經(jīng)典顫振〕、變距/擺振不穩(wěn)定性及揮舞/擺振不穩(wěn)定性等?！?〕風(fēng)電機(jī)組的可靠性設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組可靠性量化指標(biāo)，通常以其可利用率來(lái)度量。此種量化指標(biāo)屬于廣義可靠性范疇，因其同時(shí)包括了風(fēng)電機(jī)組可靠性和可維修性等方面的內(nèi)容。因此，可利用率實(shí)際上是一種反響風(fēng)電機(jī)組固有可靠性和運(yùn)行管理可靠性的綜合度量指標(biāo)。3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈零件設(shè)計(jì)方案〔1〕風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈部件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)根據(jù)確定的總體傳動(dòng)布局、總體技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)載荷以及風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)鏈組的初步結(jié)構(gòu)方案，開(kāi)展子系統(tǒng)和部件具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這些子系統(tǒng)或主要的部件有：包括主軸、聯(lián)軸器、齒輪箱、制動(dòng)裝置〔2〕設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么風(fēng)電機(jī)組的零部件很多，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，參照合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核。其中，有些部件〔或構(gòu)件〕應(yīng)采用剛度設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核的準(zhǔn)那么；有些那么應(yīng)首先考慮強(qiáng)度要求，并進(jìn)行必要的剛度分析?！?〕零部件強(qiáng)度與剛度分析1〕結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)的根本準(zhǔn)那么是在極端載荷作用下，保證構(gòu)件的應(yīng)力不超過(guò)材料許用應(yīng)力，防止發(fā)生靜載破壞。對(duì)于載荷的波動(dòng)情況，一般需要通過(guò)增加許用平安系數(shù)加以解決。2〕構(gòu)件剛度分析構(gòu)件剛度一般是指其抵抗變形的能力，包括在動(dòng)載荷和靜載荷作用的剛度。實(shí)際上，構(gòu)件的剛度分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)有密切聯(lián)系，應(yīng)根據(jù)主要構(gòu)件的具體工況條件和設(shè)計(jì)要求，考慮合理的剛度指標(biāo)，并結(jié)合強(qiáng)度分析使設(shè)計(jì)到達(dá)優(yōu)化。3〕結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)疲勞破壞是影響承受交變載荷構(gòu)件的設(shè)計(jì)壽命的主要失效形式之一。有鑒于風(fēng)電機(jī)組的循環(huán)和隨機(jī)載荷作用條件，許多構(gòu)件容易發(fā)生疲勞失效。因此，需要詳細(xì)分析主要零部件在風(fēng)電機(jī)組壽命期內(nèi)的循環(huán)應(yīng)力值和循環(huán)次數(shù)。4〕零部件的工程詳圖設(shè)計(jì)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組總體與部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可以開(kāi)展風(fēng)電機(jī)組的工程詳圖設(shè)計(jì)根據(jù)主要構(gòu)件的具體工作。設(shè)計(jì)中需要解決設(shè)備總體和零部件的裝配、加工等具體技術(shù)問(wèn)題，提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)技術(shù)文件，形成設(shè)備制造工程的根底。4.風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器的設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)器的主要組成局部。傳動(dòng)件及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是否合理、制造和裝配質(zhì)量是否符合要求，將成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。傳動(dòng)可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電傳動(dòng)三類。而機(jī)械傳動(dòng)按其工作原理分為嚙合傳動(dòng)與摩擦傳動(dòng)，具體分為鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)四類。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)特點(diǎn)和工作環(huán)境要求，一般均選擇齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。其主要優(yōu)點(diǎn)是：具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、可靠性高、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊。齒輪傳動(dòng)分為開(kāi)式、半開(kāi)式和閉式三種傳動(dòng)方式。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，一般采用閉式傳動(dòng)以滿足潤(rùn)滑要求。增速器是指安裝在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之問(wèn)獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用于增加轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)減小轉(zhuǎn)矩。增速器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成局部，它承當(dāng)了調(diào)速、改變運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配等功能。考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等特點(diǎn)，本文采用兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)加一級(jí)平行軸斜齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。4.1傳動(dòng)方案確實(shí)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒輪箱以及它們互相組合起來(lái)的齒輪箱；按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式以及混合式等。常用齒輪箱形式及其特點(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表3-7。表4-1常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的形式和應(yīng)用傳遞形式傳動(dòng)簡(jiǎn)圖推薦傳動(dòng)比特點(diǎn)及應(yīng)用兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)展開(kāi)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪箱對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱，因此要求軸有較大剛度。高速級(jí)齒輪布置在原理轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形可局部抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均現(xiàn)象，用于載荷比擬平緩場(chǎng)合。高速級(jí)一般做成斜齒，低速級(jí)可做成直齒分流式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于齒輪箱對(duì)于軸承對(duì)稱布置，與展開(kāi)式相比載荷沿齒寬分布均勻、軸承受載較均勻，中間軸危險(xiǎn)截面上的轉(zhuǎn)矩只相當(dāng)于軸所傳遞轉(zhuǎn)矩的一半，適用于變載荷的場(chǎng)合。高速級(jí)一般用斜齒，低速級(jí)可用直齒或人字齒同軸式減速器橫向尺寸較小，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長(zhǎng)、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難于充分利用同軸分流式每對(duì)嚙合齒輪僅傳遞全部載荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小1500kw風(fēng)電增速箱由于功率大，大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，通常采用功率分流的行星傳動(dòng)。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有：兩級(jí)平行軸加一級(jí)行星和一級(jí)平行軸加兩級(jí)級(jí)行星傳動(dòng)兩種形式。本文采用的是平行軸與行星輪系混合式齒輪箱。4.2增速器根本設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟增速器齒輪箱的主要設(shè)計(jì)要求如表4-2所示。額定功率1500kW增速比52-72輸出轉(zhuǎn)速1400-1600r/min輸入轉(zhuǎn)速24-35r/min分度圓壓力角20°模數(shù)5-15表4-2原始設(shè)計(jì)要求增速器設(shè)計(jì)步驟：(1)根據(jù)傳動(dòng)裝置的使用要求及工作特點(diǎn)確定傳動(dòng)形式為行星齒輪傳動(dòng)。(2)確定行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式和選擇傳動(dòng)方案。(3)根據(jù)選定的電機(jī)的輸入速度和經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速后的輸出速度，確定出這個(gè)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比范圍。輸入轉(zhuǎn)度：27.854rpm增速機(jī)構(gòu)增速后的輸出速度：1544.1rpm根據(jù)減速裝置的用途和工作特點(diǎn)，傳動(dòng)形式定位兩級(jí)定軸傳動(dòng)+單級(jí)行星傳動(dòng)，行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式確定為：?jiǎn)渭?jí)2K-H〔NWG〕型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。確保其穩(wěn)定性，行星輪數(shù)目為3，其傳動(dòng)比范圍為：。由此，初定傳動(dòng)比分配情況如下：第一級(jí)行星傳動(dòng)：=2.9545第二級(jí)行星傳動(dòng)：=3.6315第三級(jí)定軸傳動(dòng)：=5.16674.3傳動(dòng)原理圖目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的增速箱主要采用2K—H(KGW)型行星傳動(dòng)，行星架為輸入端，太陽(yáng)輪為輸入端。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)行星架采用焊接結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，重量較輕。(2)動(dòng)力由行星輪系系桿輸入，剛性好，符合風(fēng)力發(fā)電機(jī)受力大、轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)。(3)高速級(jí)和低速級(jí)分別采用行星架浮動(dòng)和太陽(yáng)輪浮動(dòng)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加的緊湊，均載效果好。考慮到1500kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)大功率，結(jié)構(gòu)緊湊、高可靠性等特點(diǎn)，本文采用的傳動(dòng)形式如圖4-1圖4-11500kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱傳動(dòng)簡(jiǎn)圖增速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為三級(jí)，第一級(jí)為行星輪系，第一級(jí)行星架為輸入端，由第一級(jí)太陽(yáng)輪傳遞至第二級(jí)行星齒輪平行軸輪系傳動(dòng)；第三級(jí)采直齒輪傳動(dòng)，直接與電機(jī)相聯(lián)。此傳動(dòng)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)低速級(jí)為行星傳動(dòng)，效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞功率范圍大，成功實(shí)現(xiàn)了功率分流，軸向尺寸小，采用行星輪浮動(dòng)，均載效果好，實(shí)現(xiàn)了大傳動(dòng)比；(2)高速級(jí)為平行軸圓柱直齒輪傳動(dòng)，合理分配了傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)輸出，降低了振動(dòng)。4.4增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有工作環(huán)境惡劣、受力情況復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，與一般傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件外，還應(yīng)滿足極端溫差條件下的一些機(jī)械特性，如低溫抗脆性、低膨脹收縮率等。對(duì)于傳動(dòng)部件而言，一般情況下不采用分體式結(jié)構(gòu)或者焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯盡可能采用輪輻輪緣整體鍛件形式以提高承載能力。齒輪采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造制取毛坯己獲得良好的力學(xué)特性。表3-9列出本文所設(shè)計(jì)的增速器各傳動(dòng)部件的材料及力學(xué)性能。表4-3各傳動(dòng)部件材料及力學(xué)性能傳動(dòng)件材料熱處理接觸強(qiáng)度〔MPa〕彎曲強(qiáng)度〔MPa〕加工精度太陽(yáng)輪20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度56≥60HRC1500480磨齒5級(jí)行星輪內(nèi)齒圈42CrMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度HBS≥260720320插齒6級(jí)直齒輪20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度56≥60HRC1500480磨齒5級(jí)4.5第一級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪根本參數(shù)根據(jù)初定條件 即盡可能取質(zhì)數(shù)，那么計(jì)算：計(jì)算并初選：初選預(yù)計(jì)嚙合角校驗(yàn)行星輪齒裝配條件：同心條件為了保證中心輪和行星架軸線重合，各對(duì)嚙合齒輪間的中心距必須相等。而對(duì)于角度變位傳動(dòng)，應(yīng)為裝配條件由于各行星輪必須均布于中心齒輪之間。為此，各齒輪齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)QUOTE必須滿足裝配條件，否那么，會(huì)出現(xiàn)行星齒輪無(wú)法裝配的情況。單排2K-H行星傳動(dòng)的裝配條件為：兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。即 〔整數(shù)〕鄰接條件保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰即 根據(jù)以上條件，初選模數(shù)為10mm，按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè)，確定第一級(jí)行星輪系具體參數(shù)如表3-10。表4-4第一級(jí)行星輪系參數(shù)齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第一級(jí)中心輪241002602152400°行星輪381004003553800°內(nèi)齒圈100100980102510000°4.6第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)裝配條件與第一級(jí)行星輪系相同。按照技術(shù)要求查閱相關(guān)手冊(cè)，確定第二級(jí)行星輪系的參數(shù)，具體參數(shù)如表3-11所示。表4-5第二級(jí)行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第二級(jí)中心輪241003603152400°行星輪361005004553800°內(nèi)齒圈1201001080122510000°4.7第三級(jí)平行軸圓柱直齒輪設(shè)計(jì)齒數(shù)分配如下：QUOTE=70QUOTE=33具體參數(shù)如表3-12。表4-6第三級(jí)平行軸直齒輪參數(shù)齒數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒頂圓齒根圓分度圓螺旋角第三級(jí)直齒輪一65603022852900°直齒輪二22601441171320°標(biāo)準(zhǔn)中心距a=422mm4.8行星齒輪具體結(jié)構(gòu)確實(shí)定太陽(yáng)輪的結(jié)構(gòu)為便于軸與齒輪之間的連接，本文將太陽(yáng)輪制成齒輪軸的形式，并利用鼓形漸開(kāi)線花鍵實(shí)現(xiàn)與上一級(jí)行星架的連接，可使中心輪在一定范圍內(nèi)輕微擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)均載。圖4-2太陽(yáng)輪機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示行星輪的結(jié)構(gòu)由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)比擬大，故本文中采取軸承安裝在行星齒輪軸孔內(nèi)的方式，以減小傳動(dòng)的軸向尺寸，并使裝配結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。當(dāng)一般壁厚度3m〔m為模數(shù)〕時(shí)，為改善軸承受力情況，應(yīng)使行星輪孔內(nèi)兩個(gè)軸承之間的距離最大，這樣的裝配形式也可使載荷沿齒寬方向分布均勻。在行星輪孔內(nèi)裝一個(gè)雙列調(diào)心滾子軸承也可以減小載荷沿齒寬分布的不均勻性。由于行星輪載荷較大，本文中采用了安裝兩個(gè)雙列調(diào)心滾子軸承的方式，行星輪結(jié)構(gòu)如圖3-6。圖4-3行星輪結(jié)構(gòu)行星架的結(jié)構(gòu)行星架是行星傳動(dòng)中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的一個(gè)重要零件。常用行星架有雙臂整體式、雙臂別離式和單臂式三種。毛坯一般采用鑄造、鍛造和焊接等方法。本設(shè)計(jì)中采用了雙臂整體式，毛坯選用鑄鋼材料ZG340—640，這種結(jié)構(gòu)具有良好剛性。5主軸制動(dòng)系統(tǒng)的研究5.1制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式選擇機(jī)械制動(dòng)在工作中是一種減慢旋轉(zhuǎn)負(fù)載的制動(dòng)裝置。通常使用的機(jī)械制動(dòng)器的分類如下。根據(jù)作用方式可以將機(jī)械制動(dòng)分為氣功、液壓、電液、電磁和手動(dòng)等形式。按工作狀態(tài)制動(dòng)器又可分為常閉式和常開(kāi)式。常開(kāi)式制動(dòng)器只有在施加外力時(shí)才能改變其松閘狀態(tài)，使其緊閘。與此相反，常閉式制動(dòng)器靠彈簧力的作用經(jīng)常處于緊閘狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)，需要再施加外力使制動(dòng)器松閘。為保證平安制動(dòng)，風(fēng)機(jī)機(jī)組一般選常閉式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按其摩擦副的幾何形狀可分為鼓式、盤(pán)式和帶式，以鼓式、盤(pán)式制動(dòng)器應(yīng)用最廣泛。鼓式、盤(pán)式制動(dòng)器的分類如下所示。5.1.1鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用干各類汽車上與風(fēng)力發(fā)電組的主軸上制動(dòng)。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者那么安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板那么緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件為制動(dòng)鼓。車輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)外表與制動(dòng)蹄摩擦路片的外外表作為一對(duì)摩擦外表在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外因柱外表與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對(duì)摩擦外表，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱為帶式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器按蹄的類型分為如下列圖3-1所示：圖5-1鼓式制動(dòng)器簡(jiǎn)圖〔a〕領(lǐng)從蹄式〔用凸輪張開(kāi)〕；〔b〕領(lǐng)從蹄式〔用制動(dòng)輪缸張開(kāi)〕；〔c〕雙領(lǐng)蹄式〔非雙向，平衡式〕；〔d〕雙向雙領(lǐng)蹄式；〔e〕單向增力式；〔f〕雙向增力式〔1〕領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器如圖上圖〔a〕(b)所示，假設(shè)圖上方的旋向箭頭代表前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向(制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn))，那么蹄1為領(lǐng)蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，那么相應(yīng)地使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有“增勢(shì)”作用，故又稱為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開(kāi)制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱為減勢(shì)蹄?！霸鰟?shì)”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而“減勢(shì)”作用使從蹄所受的法向反力減小。〔2〕雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器假設(shè)在前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，那么稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖(c)所示，兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)，兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動(dòng)器?！?〕雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器如圖〔d〕當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器那么稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器?！?〕單向增力式制動(dòng)器如圖〔e〕單向增力式制動(dòng)器如下圖兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式制動(dòng)器。如圖〔f〕將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，那么成為雙向增力式制動(dòng)器。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，不管汽車前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。5.1.2盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式鉗盤(pán)式制動(dòng)器又稱為碟式制動(dòng)器，是因?yàn)槠湫螤疃妹?。它由液壓控制，主要零部件有制?dòng)盤(pán)、油缸、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤(pán)用合金鋼制造并固定在輪軸上，隨輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。油缸固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)。制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)。油缸的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤(pán)發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤(pán)子，迫使它停下來(lái)一樣。鉗盤(pán)式制動(dòng)器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件是以端面工作的金屬圓盤(pán)，稱為制動(dòng)盤(pán)。工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動(dòng)塊，每個(gè)制動(dòng)器中有2～4個(gè)。這些制動(dòng)塊及其驅(qū)動(dòng)裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱為制動(dòng)鉗。這種由制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗組成的制動(dòng)器稱為鉗盤(pán)式制動(dòng)器。鉗盤(pán)式制動(dòng)器的釋放是制動(dòng)器的制動(dòng)覆面脫離制動(dòng)輪外表，解除制動(dòng)力矩的過(guò)程。在常閉型鉗盤(pán)式制動(dòng)器的加載是靠彈簧力，用調(diào)整彈簧壓力調(diào)整制動(dòng)力的大小。驅(qū)動(dòng)油缸的工作行程，是在制動(dòng)器釋放過(guò)程中柱塞移動(dòng)的距離。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，常用的盤(pán)式制動(dòng)器有全盤(pán)式、錐盤(pán)式及鉗盤(pán)式三種。其中，鉗盤(pán)式在風(fēng)機(jī)機(jī)組中最為普遍?！?〕鉗盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)組成鉗盤(pán)式制動(dòng)器是由安裝在高速軸或低速軸上的制動(dòng)盤(pán)與布置在四周的制動(dòng)卡鉗所組成。如圖3-2所示。制動(dòng)盤(pán)隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而制動(dòng)夾鉗固定。有一個(gè)預(yù)壓的彈簧制動(dòng)力作用在制動(dòng)夾鉗上，通過(guò)油缸提供的液壓力推動(dòng)活塞將制動(dòng)夾鉗翻開(kāi)。圖5-2鉗盤(pán)式制動(dòng)器全圖一般而言，要求機(jī)械制動(dòng)的預(yù)壓彈簧制動(dòng)力在額定負(fù)載下脫網(wǎng)時(shí)能夠保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平安停機(jī)。但在實(shí)際停機(jī)的制動(dòng)過(guò)程中，液壓力并不是完全釋放，彈簧力也只作用了一局部。為了保證在制動(dòng)過(guò)程中液壓力并不是完全釋放，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)特殊的減壓閥和蓄能器。為了監(jiān)視機(jī)械制動(dòng)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部工作狀態(tài)，制動(dòng)夾鉗內(nèi)部裝有指示制動(dòng)襯墊厚度的傳感器和溫度傳感器。鉗盤(pán)式制動(dòng)缸-般是成對(duì)布置，為的是防止使制動(dòng)軸受到彎矩和徑向力。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大情況下，可采用多對(duì)制動(dòng)缸。大、中型風(fēng)機(jī)機(jī)組一般有4對(duì)制動(dòng)卡鉗，也有的為6對(duì)，如圖3-3所示。圖中A，B為液壓油的通入口。為了防止液壓油高溫變質(zhì)，還應(yīng)采取隔熱措施以降低摩擦副溫升，必要時(shí)可在制動(dòng)盤(pán)中間開(kāi)通風(fēng)溝，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖5-3多對(duì)制動(dòng)缸組合裝示意圖圖5-4帶有通風(fēng)溝的制動(dòng)器〔2〕鉗盤(pán)式制動(dòng)器的分類按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，鉗盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：圖5-5鉗盤(pán)式制動(dòng)器示意圖(1)固定鉗工飛，如圖(5-5-a)所示。制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)均有油缸。制動(dòng)時(shí)制動(dòng)鉗在兩側(cè)油缸中的活塞驅(qū)動(dòng)下作相向移動(dòng)。(2)浮動(dòng)鉗式，分為滑動(dòng)鉗式和擺動(dòng)鉗式兩種。圖(3-5-b)和(3-5-c)分別為滑動(dòng)鉗式制動(dòng)器和擺動(dòng)鉗式制動(dòng)器?；瑒?dòng)鉗式，如圖5-5-b所示。只在制動(dòng)盤(pán)的一側(cè)置有油缸，制動(dòng)鉗可以相對(duì)于制動(dòng)盤(pán)作軸向滑動(dòng)。其中一側(cè)的制動(dòng)塊固定在鉗體上。在制動(dòng)時(shí)，另一側(cè)的活動(dòng)制動(dòng)塊在液壓力作用下靠壓向制動(dòng)盤(pán)，而制動(dòng)鉗體連同固定其上的制動(dòng)塊在反作用力下壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩側(cè)的制動(dòng)塊受力均等為止。擺動(dòng)鉗式，如圖5-5-c所示。也只在制動(dòng)盤(pán)的一側(cè)置有油缸，制動(dòng)鉗體與固定支座餃接。制動(dòng)過(guò)程中，鉗體在與制動(dòng)盤(pán)垂直的平面內(nèi)擺動(dòng)而不是滑動(dòng)。為了使制動(dòng)塊能夠全面均勻的磨損，設(shè)計(jì)時(shí)將制動(dòng)襯墊預(yù)先做成棋形，一般將磨擦面做成和反面的傾斜角為6度左右。制動(dòng)襯塊在制動(dòng)過(guò)程中漸漸磨損，在磨損過(guò)薄時(shí)，(一般為1mm左右)更換制動(dòng)襯墊。鉗盤(pán)式制動(dòng)器的根本工作原理是制動(dòng)襯墊壓制動(dòng)盤(pán)，靠摩擦力矩制動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中普遍使用的有常開(kāi)固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器和常閉固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器。常開(kāi)固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理:風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)襯墊的底板4通過(guò)平衡杠桿組5和銷軸6、1固定在機(jī)架2上，制動(dòng)器在彈簧8的作用下常開(kāi)。制動(dòng)時(shí)，將液壓油通入制動(dòng)器的油缸7，制動(dòng)襯墊在活塞的推力下克服彈簧壓力而緊閘。制動(dòng)襯墊通過(guò)平等桿組5與制動(dòng)盤(pán)3保持平行。如圖3-6所示。1、6-銷軸2-機(jī)架3-制動(dòng)盤(pán)4-制動(dòng)襯墊的底板5-平等杠桿組7-制動(dòng)器的油缸8-彈簧圖5-6常開(kāi)固定鉗式制動(dòng)器常閉固定鉗式制動(dòng)器的工作原理:在制動(dòng)盤(pán)1的兩側(cè)對(duì)稱布置兩個(gè)相同的制動(dòng)缸，制動(dòng)缸固定在基架上。蝶形彈簧6有預(yù)壓的彈簧力，活塞8在蝶形彈簧6的壓縮彈力下推動(dòng)頂桿7使制動(dòng)襯墊2壓制動(dòng)盤(pán)1而緊閘。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)制動(dòng)缸3通入液壓油，活塞8在液壓力作用下克服蝶形彈簧的彈力而松閘。如圖3-7所示。1-制動(dòng)盤(pán)2-制動(dòng)襯墊3-制動(dòng)缸4-墊片5-磨損指示器6-蝶形彈簧7-推動(dòng)頂桿8-活塞圖5-7常閉式固定鉗式制動(dòng)器的制動(dòng)缸結(jié)構(gòu)常閉固定鉗式制動(dòng)器是一種失效保護(hù)裝置。當(dāng)由于風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的故障時(shí)，使風(fēng)機(jī)先處于制動(dòng)狀態(tài)。彈簧張力可以通過(guò)改變墊片4的厚度進(jìn)行微調(diào)，另外制動(dòng)內(nèi)還裝有襯墊磨損量指示器5。這種制動(dòng)器的動(dòng)作靈敏，體積小，而且通過(guò)調(diào)整油壓可改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖5-8電磁鐵松閘常閉固定鉗式制動(dòng)器為了保證風(fēng)電機(jī)組的平安運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組一般選用的常閉固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器。電磁鐵松閘的常閉式固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器也是風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常使用的一種機(jī)械動(dòng)裝置。電磁鐵松閘的常閉式固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理:其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。電磁鐵松閘的常閉式固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理與上述常閉式固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理一樣，制動(dòng)襯墊在預(yù)壓的彈簧力作用下，壓制動(dòng)盤(pán)而緊閘。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)制動(dòng)器內(nèi)的線圈通電，線圈產(chǎn)生電磁力帶動(dòng)制動(dòng)臂克服彈簧力而松閘。5.1.3制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇鉗盤(pán)式制動(dòng)器與其它制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定；浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常；在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和重量一般較??；較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力即可調(diào)整制動(dòng)力大小，保養(yǎng)維修也較簡(jiǎn)便。因?yàn)橹苿?dòng)盤(pán)外露，還有散熱良好的優(yōu)點(diǎn)。這種制動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。特別是負(fù)載大時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，有些盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)上還開(kāi)了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。鉗盤(pán)式制動(dòng)器也有自己的缺乏。例如對(duì)制動(dòng)器和制動(dòng)管路的制造要求較高，摩擦片的耗損量較大，本錢(qián)貴，而且由于摩擦片的面積小，相對(duì)摩擦的工作面也較小，需要的制動(dòng)液壓壓力高。鉗盤(pán)式制動(dòng)器缺乏之處是效能較低，故用于液壓制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)所需液壓管路壓力較高，一般要用伺服裝置。電磁驅(qū)動(dòng)的機(jī)械制動(dòng)裝置一般使用鼓式制動(dòng)器，俗稱抱閘。鼓式制動(dòng)器散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。而鼓式制動(dòng)器本錢(qián)相對(duì)低廉，比擬經(jīng)濟(jì)。綜上所述，本次風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主軸制動(dòng)器采用浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器。5.2盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)盤(pán)式制動(dòng)器研究的一般流程為：根據(jù)要求，所給的數(shù)據(jù)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定參數(shù)。初選制動(dòng)器的主要參數(shù)，并進(jìn)行制動(dòng)器結(jié)構(gòu)研究；然后進(jìn)行制動(dòng)力矩和磨損性能的驗(yàn)算。之后再根據(jù)各項(xiàng)演算和比擬的結(jié)果，對(duì)初選的參數(shù)進(jìn)行必要的修改，直到根本性能參數(shù)能滿足使用要求為止。5.2.1制動(dòng)器主要部件的結(jié)構(gòu)(一)制動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤(pán)即剎車盤(pán)，是一個(gè)金屬圓盤(pán)，是用合金鋼制造并固定在聯(lián)軸器上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中剎車時(shí)制動(dòng)卡鉗夾住制動(dòng)盤(pán)起到減速或者停車的作用。一般制動(dòng)盤(pán)上有圓孔，其作用是減輕重量和增加摩擦力。制動(dòng)盤(pán)種類繁多，特點(diǎn)是壁薄，盤(pán)片及中心處由砂芯形成。不同種類制動(dòng)盤(pán)，在盤(pán)徑、盤(pán)片厚度及兩片間隙尺寸上存在差異，盤(pán)轂的厚度和高度也各不相同。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下3-9所示。圖5-9制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(二)制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)鉗盤(pán)式制動(dòng)器是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)塊、分泵、油管等。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)，制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)，分泵的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤(pán)發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就好似用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤(pán)子，迫使它停下來(lái)一樣。鉗盤(pán)式制動(dòng)器散熱快、重量輕、構(gòu)造簡(jiǎn)單、調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲。有些盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)上還開(kāi)了許多小孔，以加速通風(fēng)散熱和提高制動(dòng)效率。盤(pán)式制動(dòng)器沿制動(dòng)盤(pán)向施力，制動(dòng)軸不受彎矩，徑向尺寸大小，制動(dòng)性能穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下3-10所示。圖5-10制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(三)摩擦材料定義：用于或指定用于摩擦條件下工作的材料。摩擦材料是一種應(yīng)用在動(dòng)力機(jī)械上，依靠摩擦作用來(lái)執(zhí)行制動(dòng)和傳動(dòng)功能的部件材料。它主要包括制動(dòng)器襯片〔剎車片〕和離合器面片〔離合器片〕。剎車片用于制動(dòng)，離合器片用于傳動(dòng)。任何機(jī)械設(shè)備必須要有制動(dòng)或傳動(dòng)裝置。摩擦材料是這種制動(dòng)或傳動(dòng)裝置上的關(guān)鍵性部件。它最主要的功能是通過(guò)摩擦來(lái)吸收或傳遞動(dòng)力。如離合器片傳遞動(dòng)力，制動(dòng)片吸收動(dòng)能。它們使機(jī)械設(shè)備與各種機(jī)動(dòng)車輛能夠平安可靠地工作。所以說(shuō)摩擦材料是一種應(yīng)用廣泛又甚關(guān)鍵地材料。制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。摩擦材料的選擇如下表3-1所示。材料性能有機(jī)類無(wú)機(jī)類制法編制物石棉模壓半金屬模壓金屬燒結(jié)金屬陶瓷燒結(jié)硬度軟硬硬極硬極硬密度小小中大大承受負(fù)荷輕中中-重中-重重摩擦系數(shù)中-高低-高低-高低-中低-高摩擦系數(shù)穩(wěn)定性差良良良-優(yōu)優(yōu)常溫下的耐磨性良良良中中高溫下的耐磨性差良良良-優(yōu)優(yōu)機(jī)械強(qiáng)度中-高低-中低-中高高熱傳導(dǎo)率低-中低中高高抗振鳴優(yōu)良中-良差差抗顫振-中-良中--對(duì)偶性優(yōu)良中-良差差價(jià)格中-高低-中中-良高高表5-1摩擦材料性能比照此次設(shè)計(jì)綜合考慮各種材料，采用性能更好、環(huán)保效果更好的半金屬材料。(四)制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法盤(pán)式制動(dòng)器的形式很多，從機(jī)構(gòu)上說(shuō)多是制動(dòng)盤(pán)在中間，與動(dòng)力裝置成一體，盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)板在制動(dòng)盤(pán)的2邊，中間有0.5-2mm左右的間隙〔視制動(dòng)器的大小而定〕。制動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)器動(dòng)力的作用下，制動(dòng)板向中間夾緊，將制動(dòng)盤(pán)夾住，機(jī)械裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)。制動(dòng)器的動(dòng)力有電磁式的，也有液壓式的。盤(pán)式制動(dòng)器的間隙的調(diào)節(jié)，一般是調(diào)節(jié)制動(dòng)板的位置，根據(jù)說(shuō)明書(shū)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的螺栓即可，但調(diào)節(jié)時(shí)注意制動(dòng)板不容許碰到制動(dòng)盤(pán)，且兩邊間隙要相等。制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)，要夾緊，對(duì)上下運(yùn)行的機(jī)構(gòu)，必須做額定載荷吊重試驗(yàn)，并有相當(dāng)?shù)挠嗔俊?.2.2制動(dòng)器的工作原理及安裝位置制動(dòng)器俗稱剎車或閘，是使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)部件停止或減速的機(jī)械零件。制動(dòng)器的工作原理是，利用與機(jī)架相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與傳動(dòng)軸相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦，來(lái)阻止輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，機(jī)械制動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)鬧通常設(shè)置在高速軸或低速軸上。低速軸安裝在齒輪箱前面的主軸上。設(shè)置在低速軸上有以下優(yōu)點(diǎn):制動(dòng)力矩較大，停機(jī)制動(dòng)相對(duì)更可靠，而且制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的制動(dòng)載荷不會(huì)作用在齒輪箱上；但同時(shí)它也存在缺乏，所需制動(dòng)力矩大，且對(duì)閘體材料要求較高。高速軸閘安裝在齒輪箱后面，發(fā)電機(jī)前面的傳動(dòng)軸上。高速軸機(jī)械制動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn):因?yàn)橹苿?dòng)力矩與齒輪箱的傳動(dòng)比有關(guān)系，制動(dòng)力矩較小。但同時(shí)它也存在著弊端，在高速軸設(shè)置制動(dòng)對(duì)齒輪箱有較大的危害，風(fēng)輪葉片在制動(dòng)時(shí)的不連貫停頓會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)載荷，使齒輪箱內(nèi)齒與齒來(lái)回碰撞，導(dǎo)致齒牙長(zhǎng)期受彎曲應(yīng)力，使齒輪箱過(guò)載。這是影響風(fēng)機(jī)性能的一個(gè)重要原因。大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械制動(dòng)機(jī)構(gòu)一般為高速軸機(jī)械制動(dòng)。5.3制動(dòng)器靜載荷接觸分析制動(dòng)系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中，主要受到制動(dòng)力矩和溫度兩種因素的作用。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)在靜載荷情況下，即忽略溫度影響，僅考慮制動(dòng)力矩作用的情況下，進(jìn)行接觸模擬分析。首先，需要確定制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)任務(wù)。5.3.1制動(dòng)任務(wù)機(jī)械制動(dòng)可以完成多種任務(wù)。正常的停機(jī)制動(dòng)是對(duì)于機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)最低的要求，為的是保證機(jī)組在維修時(shí)停機(jī)。在大局部機(jī)組設(shè)計(jì)中，制動(dòng)系統(tǒng)也需