风力发电机组齿轮箱的设计与分析论文

华北电力大学本科毕业设计（论文）I风力发电机组齿轮箱的设计与分析摘要随着不可再生能源的减少和生态环境的不断恶化，利用新能源的发电技术越来越被各国重视，并在全球范围内取得了非常大的进步。风能是一种可再生能源并且不会对生态环境造成污染，具有无可比拟的优点。所以世界各国也越来越重视风力发电技术。风力发电过程是机械能转换为电能的过程，在风力的作用下，叶片转动，转速再经过增速齿轮箱得到放大并推动发电机发电。由此可见风电增速齿轮箱是风力发电机的关键部件.本课题主要是基于Pro/ENGINEER软件和ANSYS有限元分析软件对传动系统进行设计与分析。首先，根据工况设计传动系统各零部件的参数，采用Pro/E按照设计数据绘制各零件图，然后在pro/E软件的装配界面将各零件装配起来。使用Pro/E软件建模的时候，需要完全按照设计参数绘制。同时这样也可以大大提高效率。零部件绘制完成之后，将重要的零件导入ANSYS软件中进行模态分析，分析他们的频率特性并查看其振型。经过频率特性分析，确定我们的设计符合要求。关键词：风力发电；齿轮箱；参数化建模；Pro/ENGINEER；ANSYS；华北电力大学本科毕业设计（论文）IIDesignandAnalysisofgearboxforwindturbineAbstractWiththereductionofnon-renewableenergyresourcesanddeteriorationofecologicalenvironment,newenergypowergenerationtechnologywithnewenergyisbeinggettedmoreandmorenationalattention,andthegreatprogresshasbeenmadeintheglobalscope.Windenergyisarenewableenergyanddoesnotcausepollutiontotheecologicalenvironment,withthereisnothingcomparabletothisadvantage.Somanystatesintheworldhavepayedmoreandmoreattentiontowindpowergenerationtechnology.Windpowergenerationistheprocessofconvertingmechanicalenergyintoelectricalenergyintheprocess.thebladestrotatesundertheactionofwind,speedafterthegearbox,thenisamplifiedanddrivethegenerator.Thereforethewindpowergearboxisthekeycomponentsofthewindturbine.First,accordingtotheparametersoftheworkingcondition,designallpartsofthetransmissionsystem,drawinPro/Epartsdiagramwiththedesigndata,andpartsassembledinPro/Ecomponentenvironment.WhenweusePro/Esoftwaretodrawtheparts,weneedtobefullyparameterizeddrawing.Atthesametime,italsocangreatlyimprovetheefficiency.Afterthepartscompleted,weshouldleadtheimportantpartsintoANSYSsoftwaretoconductmodalanalysis.weshouldgetthefrequencyanalysisandviewitsvibrationmode.Aftertheanalysisoffrequencycharacteristic,wemakesurethedesigncanmeettherequirements.Keywords:Windpower;Gearbox;Parametricmodeling;Pro/ENGINEER;ANSYS;华北电力大学本科毕业设计（论文）III目录摘要................................................................IAbstract...........................................................II1绪论..............................................................11.1课题背景.....................................................11.2国内外的发展.................................................11.3毕业设计的主要内容...........................................21.4本章小结.....................................................22齿轮箱的设计......................................................42.1增速齿轮箱方案设计...........................................42.2齿轮参数的确定...............................................52.2.1圆柱齿轮参数...........................................52.2.2行星轮系的齿轮参数.....................................62.3受力分析与静强度校核.........................................72.3.1受力分析...............................................72.3.2低速级外啮合齿面静强度计算.............................92.4高速轴的设计.................................................92.5低速轴的设计.................................................92.6中间轴的设计................................................102.7箱体的设计..................................................102.8本章小结....................................................113基于Pro/E的参数化建模...........................................123.1Pro/Engineer软件简介........................................123.2参数化建模介绍.............................................133.3行星传动齿轮的建模..........................................133.3.1行星轮的建模..........................................133.3.2内齿轮的建模..........................................193.4斜齿轮的建模................................................213.5轴类零件的建模..............................................273.6生成装配图..................................................283.7本章小结....................................................284基于ANSYS的轴类零件有限元分析...................................294.1ANSYS概述..................................................294.2ANSYSworkbench概述.........................................29华北电力大学本科毕业设计（论文）IV4.3轴类零件的分析过程..........................................294.4本章小结....................................................325总结.............................................................33参考文献...........................................................34致谢...............................................................35华北电力大学本科毕业设计（论文）11绪论1.1课题背景风能是一种清洁的可再生能源[1]，其总量要比固体、液体燃料能量的总和大得多，是一种永不枯竭的能源。有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一，由能源所引发的环境问题和人民生活水平不断提高所引起的对电力的需求，可以通过大力发展风力发电来解决。因此风力发电的开发和利用已经为世界各个国家所重视，并成为了电力系统构成中一个重要组成部分，对风力发电技术及风力发电机的研究亦有着重要的现实意义。由于风能是一种可再生的清洁能源，因此被称为蓝天白煤。据估计，地球上每年由太阳能转化来的风能大概有两百多万亿千瓦时，但是由于人类科学技术发展水平的限制，我们只能利用其中很少的一部分[2]。就目前来看，我国的风力发电还是初级水平，风力发电量占全国发电总量很少，仅百分之一左右。但是我国的风力资源是很丰富的。我国实际可开发利用的陆地风能储存量约为2.5亿KW，近海可开发利用的风力储存量为7.5亿KW,这说明我国在风力发电领域内拥有很大的潜力。但是另一方面，由于我国幅员辽阔，气候、地理差异较大，所以我多对风机的需求也多样化，现在国产的600KW机组和750KW机组已经难以满足目前的风电市场。风电强国如丹麦、美国等的风电技术领先我国很多，我们需要认真借鉴他们的经验，总结基础数据和经验，加强对总体设计以及核心设计制造技术的研究。加大对风力发电增速齿轮箱动态设计研究的力度，可以提高我国齿轮箱自主开发的水平，减小与国外风电技术的差距，提高国内风电技术的自主创新能力，降低对进口的需求，从而使我国风电机组的国产化水平得到提高。加快开发风力资源，可以缓解中国正在面临的能源问题，减少环境污染，同时可以增加就业机会，实现经济、社会的可持续发展。伴随着风电产业的迅速发展，风电装备制造业在全球范围内也日趋繁荣，作为风电机组中的一个重要部件，风电齿轮箱自然受到国内外风电相关行业和研究人员的关注。风机增速齿轮箱的主要作