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湖南科技大學(xué)
2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
題 目
5MW風(fēng)電齒輪增速箱設(shè)計(jì) (一級(jí)行星輪系)
作者姓名
李經(jīng)緯
學(xué)號(hào)
1103010505
所學(xué)專(zhuān)業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
1、 研究的意義：
近年來(lái)，隨著人們對(duì)風(fēng)力發(fā)電越來(lái)越重視，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。目前，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中仍占據(jù)重要位置，而由于風(fēng)電齒輪箱的故障率較高，風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)一直是困擾我國(guó)乃至世界風(fēng)電快速發(fā)展的重要因素，特別是隨著風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，大型風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造需要考慮的因素越來(lái)越多。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，齒輪箱往往過(guò)早損壞，其原因主要是風(fēng)電齒輪箱軸承在復(fù)雜載荷作用下的壽命難以估算，導(dǎo)致軸承過(guò)早損壞，另一方面，盡管目前對(duì)軸承壽命的計(jì)算方法繁多，但并沒(méi)有能準(zhǔn)確評(píng)估現(xiàn)代軸承壽命的計(jì)算方法。此外，對(duì)風(fēng)電齒輪箱的強(qiáng)度計(jì)算方法和復(fù)雜載荷的處理也不盡完善。因此，對(duì)大型風(fēng)電齒輪箱裝置展開(kāi)系統(tǒng)、深入的分析研究對(duì)風(fēng)電的發(fā)展具有重要意義。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展促成了風(fēng)電裝備制造業(yè)的繁榮，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，倍受?chē)?guó)內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。但由于國(guó)內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的研究起步較晚，技術(shù)薄弱，特別是兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱，主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。因此，急需對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)研究，真正掌握風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。
2、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：
目前我國(guó)兆瓦以上風(fēng)電此輪增速箱多依賴(lài)國(guó)外廠商供應(yīng)，成本居高不下，不利于風(fēng)電市場(chǎng)進(jìn)一步大規(guī)模開(kāi)發(fā)，風(fēng)電技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)發(fā)展風(fēng)電領(lǐng)域正在面臨的重要問(wèn)題。而風(fēng)電增速箱又是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，是瓶頸技術(shù)。風(fēng)電增速箱的結(jié)構(gòu)往往受機(jī)組選型的限制。國(guó)內(nèi)研制出的風(fēng)電齒輪箱多是對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的單一仿制。由于國(guó)內(nèi)外的風(fēng)況、氣候不同，風(fēng)電場(chǎng)使用保養(yǎng)水平、原材料以及制造安裝水平都不一樣，大部分進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)齒輪箱都運(yùn)行不足三年而停機(jī)或者大修。原因有很多其中設(shè)計(jì)落后是最重要一方面。
國(guó)內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的發(fā)展前景廣闊，但是起步晚、技術(shù)落后。機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中綜合考慮體積、質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全、實(shí)際結(jié)構(gòu)、熱處理、工作壞境等因素，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐沒(méi)事我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)當(dāng)前發(fā)展的要?jiǎng)?wù)。
3、存在的問(wèn)題：
雖然我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展很迅猛，我國(guó)也已經(jīng)進(jìn)入風(fēng)電大國(guó)的行列。但是其生產(chǎn)設(shè)備卻長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，在自主開(kāi)發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)等方面還比較落后。特別是像兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域還有待進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)風(fēng)能一般分布在沿海的島嶼、交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)、地廣人稀的草原牧場(chǎng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊疆。相比其他能源來(lái)講有著密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大的劣勢(shì)。這對(duì)我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展也是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。
縱觀世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)：開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的風(fēng)況分析系統(tǒng)研制大容量、高可靠性、低成本風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及輕量型、高可靠性的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；風(fēng)力發(fā)電方式將以陸上風(fēng)力發(fā)電為主，并積極拓展海上風(fēng)力發(fā)電。
1、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）
研究目標(biāo)：
（1） 對(duì)齒輪箱選用合理的結(jié)構(gòu)、增速比和材料。設(shè)計(jì)質(zhì)量好、重量輕、空間體積小、運(yùn)行穩(wěn)定的大容量風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
（2） 引用風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)及塔架設(shè)計(jì)，從而完成整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)。
主要內(nèi)容：
本設(shè)計(jì)需要先了解風(fēng)電發(fā)電機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定計(jì)算載荷，設(shè)計(jì)主要零部件（包括齒輪、軸承和主軸的設(shè)計(jì)），對(duì)各部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，潤(rùn)滑與冷卻，完成風(fēng)電傳動(dòng)部件齒輪箱的裝配圖及零件圖。最后，引用風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)及塔架設(shè)計(jì)，從而完成整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)。
進(jìn)程：
第一階段：開(kāi)題階段 3月9日至3月20日，收集、查閱和整理設(shè)計(jì)資料，完成3000字的文獻(xiàn)翻譯，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告。
第二階段：設(shè)計(jì)階段 3月231日-4月10日， 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇、傳動(dòng)比分配，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)造型等整體方案設(shè)計(jì)與計(jì)算。
第三階段：計(jì)算階段 4月13日至4月24日 齒輪、軸、軸承等關(guān)鍵傳動(dòng)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制零件圖。
第四階段：繪圖階段 4月27日至5月 8日 傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖繪制。
第五階段：畢業(yè)答辯 5月11日至 5月22日 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的編制、整理、修改、定稿，準(zhǔn)備答辯
解決的關(guān)鍵問(wèn)題
風(fēng)力發(fā)電機(jī)床系統(tǒng)主要是將能量由葉輪傳遞至發(fā)電機(jī)。傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括主軸、主軸承、齒輪箱、高速軸、聯(lián)軸器等部件。而本課題的主要部分是對(duì)風(fēng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以有可能遇到的主要問(wèn)題：
（1）準(zhǔn)確對(duì)傳動(dòng)方案的分析；
（2）確定齒輪箱的傳動(dòng)比的分配；
（3）對(duì)軸承的尺寸進(jìn)行確定；
（4）選擇合理的軸承類(lèi)型；
（5）對(duì)箱體和總體結(jié)構(gòu)的確定；
（6）對(duì)箱體主要部件載荷的計(jì)算和校核；
（7）確定冷卻溫度和潤(rùn)滑系統(tǒng)；
（8）對(duì)整個(gè)部件的裝配圖和零件圖的繪制；
這些問(wèn)題都是設(shè)計(jì)該風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本人將通過(guò)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料和向老師咨詢(xún)的方法來(lái)解決。
2、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
(1)查閱資料，熟悉國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
(2)理解風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱工作原理及結(jié)構(gòu)分析，確定齒輪箱總裝設(shè)計(jì)思路。
(3)建立準(zhǔn)確的分析模型，準(zhǔn)確求解受載輪齒的載荷分布。?
(4)完成主要零部件設(shè)計(jì)并進(jìn)行強(qiáng)度校核。
(5)繪制零件加工圖，選定加工工藝。?
(6)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
3、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備
主要設(shè)計(jì)、分析軟件：
CAD軟件（繪制二維裝配圖和零件圖）
儀器設(shè)備：
本課題主要是對(duì)大容量風(fēng)電機(jī)組齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所采用的設(shè)備儀器是普通計(jì)算機(jī)。
4、 參考文獻(xiàn)
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注：
1、開(kāi)題報(bào)告是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的一個(gè)重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，在開(kāi)始撰寫(xiě)論文之前寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
2、參考文獻(xiàn)按下列格式（A為期刊，B為專(zhuān)著）
A：[序號(hào)]、作者（外文姓前名后，名縮寫(xiě)，不加縮寫(xiě)點(diǎn)，3人以上作者只寫(xiě)前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫(xiě)，不加縮寫(xiě)點(diǎn)）年份、卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼。
B：[序號(hào)]、作者、書(shū)名、版次、（初版不寫(xiě)）、出版地、出版單位、出版時(shí)間、頁(yè)碼。
3、表中各項(xiàng)可加附頁(yè)。
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