齒輪箱設(shè)計技術(shù)報告

...wd......wd......wd...齒輪箱設(shè)計技術(shù)報告TOC\o"1-4"\h\z\u1概述42齒輪箱設(shè)計52.1齒輪箱設(shè)計的根本要求52.2齒輪箱設(shè)計的計算工程52.3齒輪箱主要零部件設(shè)計62.3.1齒輪62.3.1.1齒輪計算62.3.1.2齒輪的修形72.3.1.3齒輪材料及熱處理72.3.1.4齒輪的精度72.3.1.5齒面粗糙度72.3.1.6齒輪的變位系數(shù)82.3.2軸承82.3.2.1軸承選型82.3.2.2軸承靜承載能力102.3.2.3軸承壽命計算112.3.2.4軸承的最大接觸應(yīng)力122.3.3潤滑、冷卻和加熱系統(tǒng)122.3.3.1散熱器122.3.3.2加熱器142.3.3.3過濾裝置142.3.4軸142.3.5箱體、行星架和扭力臂142.3.6軸封152.3.7潤滑油152.3.7.1潤滑油選型152.3.7.2潤滑油容量152.3.7.3潤滑油測試152.3.7.4潤滑油清潔度163國內(nèi)外主要供給商分析163.1齒輪箱設(shè)計163.2制造技術(shù)163.3試驗(yàn)測試技術(shù)174齒輪箱樣機(jī)試驗(yàn)174.1樣機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)184.1.1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作184.1.2空載試驗(yàn)184.1.3加載試驗(yàn)184.1.4強(qiáng)化試驗(yàn)204.1.5故障處理214.1.6拆檢225包裝與運(yùn)輸226油漆及防腐保護(hù)236.1油漆236.2防腐保護(hù)237安裝248維護(hù)及運(yùn)行249參考文獻(xiàn)目錄25概述齒輪箱是風(fēng)機(jī)中的關(guān)鍵部件，它位于葉輪和發(fā)電機(jī)之間，將葉輪受風(fēng)力作用旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時將葉輪輸入的較低轉(zhuǎn)速增速為滿足發(fā)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速。因此，風(fēng)力發(fā)電齒輪箱是一種受無規(guī)律變向載荷的風(fēng)力作用及強(qiáng)陣風(fēng)沖擊的變載荷條件下工作的低速、重載、增速齒輪傳動裝置。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在荒郊、野外、山口、海邊等風(fēng)能較大且周圍無遮擋物之處，齒輪箱安裝在機(jī)組塔架之上狹小的機(jī)艙內(nèi)，距地面幾十米甚至一百多米高。常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的影響，自然環(huán)境惡劣，交通不便，修復(fù)十分困難，而且故障期一般出現(xiàn)在發(fā)電的頂峰期，齒輪箱一旦出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響風(fēng)場的經(jīng)濟(jì)效益，因此，對齒輪箱的可靠性和工作壽命提出了很高的要求。隨著風(fēng)機(jī)技術(shù)的開展，對齒輪箱的要求也越來越高，對齒輪箱的技術(shù)要求主要有以下幾點(diǎn)：1.高可靠性，故障率低2.體積小，重量輕3.振動小，噪音低4.傳動效率高5.使用維護(hù)方便6.價格適中。1350KW齒輪箱主要設(shè)計參數(shù)名義機(jī)械功率Pmech1350kW傳動比i1:53.1±0.5%1:50.2±0.5%傾角α4°輸出轉(zhuǎn)速nop700-1300r/min最大過速度nmax1650r/min額定輸入轉(zhuǎn)矩Min610kNm額定輸出轉(zhuǎn)矩Mout11200Nm最大剎車轉(zhuǎn)矩Mb18000Nm最大連接滑動轉(zhuǎn)矩MCR29000Nm工作溫度tambi-30*...+40°C*重啟溫度不低于生存溫度-40～+40標(biāo)重W10齒輪箱輸出軸轉(zhuǎn)向RD,out順風(fēng)向看，順時針〔GL坐標(biāo)系x軸正方向〕使用壽命nlifetime20年，175200有效工作小時2.齒輪箱設(shè)計2.1齒輪箱設(shè)計的根本要求齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運(yùn)行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷局部取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件。為此要建設(shè)整個機(jī)組的動態(tài)仿真模型，對起動、運(yùn)行、空轉(zhuǎn)、停機(jī)、正常起動和緊急制動等各種工況進(jìn)展模擬，針對不同的機(jī)型得出相應(yīng)的動態(tài)功率曲線，利用專用的設(shè)計軟件進(jìn)展分析計算，求出零件的設(shè)計載荷，并以此為依據(jù)進(jìn)展設(shè)計。齒輪箱的設(shè)計必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使構(gòu)造優(yōu)化并且重量輕。其中，由于尺寸和重量與可靠性往往是一對不可調(diào)和的矛盾，因此風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計制造往往陷入兩難的境地?？傮w設(shè)計階段應(yīng)在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小的體積、最小重量為目標(biāo)進(jìn)展傳動方案的比擬和優(yōu)化；構(gòu)造設(shè)計應(yīng)以滿足傳遞功率和空間限制為前提，盡量考慮構(gòu)造簡單、運(yùn)行可靠、維修方便。另外，根據(jù)機(jī)組要求，采用CAD優(yōu)化設(shè)計，選用合理的設(shè)計參數(shù)，排定最正確傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的構(gòu)件和具有良好力學(xué)特性以及在環(huán)境極端溫差下仍然保持穩(wěn)定的材料，配備完整充分的潤滑、冷卻系統(tǒng)和監(jiān)控裝置等等，是設(shè)計齒輪箱的必要前提條件。2.2齒輪箱設(shè)計的計算工程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷譜是齒輪箱設(shè)計計算的根基。載荷譜可通過實(shí)測得到，也可通過BLADED等專業(yè)軟件分析得到。AGMA〔美國齒輪協(xié)會〕標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)齒輪和軸承等零部件的計算應(yīng)以載荷譜為根基，但目前國內(nèi)的齒輪箱制造商還不能根據(jù)載荷譜進(jìn)展齒輪箱設(shè)計，進(jìn)展齒輪箱計算時，按發(fā)電機(jī)額定功率除以發(fā)電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械效率來確定計算功率，齒輪強(qiáng)度計算的使用系數(shù)KA取1.3。按DIN3990，齒輪計算以下工程：1〕齒面接觸強(qiáng)度校核計算〔靜載荷安全系數(shù)和疲勞載荷安全系數(shù)〕2〕齒面彎曲強(qiáng)度校核計算〔靜載荷安全系數(shù)和疲勞載荷安全系數(shù)〕3〕膠合承載能力計算按DINISO281，軸承計算以下工程：1〕根本額定壽命和修正額定壽命2〕額定極限載荷〔靜載荷安全系數(shù)〕另外，要求驗(yàn)算的工程還有：?軸與齒輪連接?鍵槽?脹緊套連接?軸?行星架，按照ASMENB3216?齒輪箱殼體?扭力臂?脹緊套?螺紋連接?熱平衡計算2.3齒輪箱主要零部件設(shè)計2.32.3.1根據(jù)齒輪箱的名義功率、名義轉(zhuǎn)速、傳動比、等效載荷、以及齒輪箱外形尺寸的要求，初步選定各級齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角和齒寬等重要參數(shù)后，就可以對齒輪進(jìn)展校核計算。對齒輪進(jìn)展校核時，計算載荷Ftc=KFt。對于齒面接觸強(qiáng)度計算，載荷系數(shù)K=KAKVKHaKHβ1〕使用系數(shù)KA使用系數(shù)KA，是等效載荷和名義載荷的比值。其中等效載荷要求根據(jù)載荷譜得到。2〕動載系數(shù)KV動載系數(shù)KV用以考慮齒輪副在嚙合過程中因嚙合誤差和運(yùn)轉(zhuǎn)速度而引起的內(nèi)部附加載荷系數(shù)，KV極大地影響齒輪的壽命，AGMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，除非有多體仿真的動態(tài)分析，否則KV至少取1.05。3〕齒間載荷分配系數(shù)KHa齒間載荷分配系數(shù)KHa用以考慮同時嚙合時各對齒輪間載荷分配不均勻的系數(shù)，它取決于齒輪的嚙合剛度、基圓齒距誤差、修緣量等因素。4〕齒向載荷分布系數(shù)KHβ齒向載荷分布系數(shù)KHβ用以考慮齒輪沿接觸線產(chǎn)生載荷分布不均勻現(xiàn)象的影響，KHβ極大地影響齒輪的壽命。齒向載荷分布受彈性變形、制造精度、熱形變的影響。根據(jù)AGMA6006及GL標(biāo)準(zhǔn)，齒向載荷分布系數(shù)KHβ必須通過數(shù)字分析〔先進(jìn)的接觸分析法〕來確定，應(yīng)用接觸分析法分別確定疲勞載荷和極限載荷的KHβ，AGMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定齒向載荷分布系數(shù)K-Hβ不小于1.15。按照ISO6336的要求，齒輪的壽命計算可靠性取99%，抗微點(diǎn)蝕安全系數(shù)最小SH=1.25，抗彎曲安全系數(shù)最小取SF=1.56。另外，與傳統(tǒng)行星傳動不同，內(nèi)齒圈的強(qiáng)度往往成為風(fēng)電齒輪箱的薄弱環(huán)節(jié)，國外一般采用斜齒內(nèi)齒輪+滲碳淬火+磨齒工藝。由于國內(nèi)大型內(nèi)斜齒制齒加工困難，內(nèi)齒磨齒本錢高，通常采用斜齒+磨齒+氮化工藝或直齒+調(diào)質(zhì)+磨齒工藝，與國外產(chǎn)品在設(shè)備的可靠性、重量等方面存在一定差距。另外，由于加工和裝配精度的影響，低速重載行星傳動內(nèi)齒圈的實(shí)際強(qiáng)度往往低于計算值，這一點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計制造過程中給予充分重視。2.3.1.2AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求根據(jù)載荷情況作必要的齒廓和齒向修形。齒廓修形的作用在于：減小齒輪變形,裝配誤差和齒輪形狀誤差帶來的不利影響。正確的齒廓修形可以增大齒輪的承載能力并減小齒輪箱運(yùn)行的噪音。因?yàn)樽饔迷邶X輪箱上的載荷是變化的，而齒廓修形僅能對一個載荷進(jìn)展優(yōu)化，所以修形要求綜合考慮極限載荷、膠合、制造誤差及低負(fù)荷下的端面重合度等因素。螺旋修形的作用在于：減小輪齒、軸、軸承、箱體的彎曲和扭曲變形及制造誤差帶來的不利影響，正確的修形可以增大齒輪的承載能力并減小齒輪箱運(yùn)行的噪音。因?yàn)樽饔迷邶X輪箱上的載荷是變化的，而螺旋修形僅能對一個載荷進(jìn)展優(yōu)化，因此必須綜合考慮各種因素，選擇適當(dāng)?shù)男扌螀?shù)。2.3.1.3齒輪材料AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求所有外齒輪必須使用合金鋼，并且有足夠的淬透性，使齒輪的外表和芯部硬度到達(dá)ANSI/AGMA2101-C95中所要求的2級要求。國內(nèi)的外齒輪材料多使用20CrNi2MoA或17CrNiMo6.對于內(nèi)齒圈，AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求使用合金鋼，并且有足夠的淬透性，使齒輪的外表和芯部硬度到達(dá)ANSI/AGMA2101-C95中所要求的2級要求。外表滲碳或氮化的內(nèi)齒圈耐磨性比整體淬硬的內(nèi)齒圈耐磨性要好。國內(nèi)的內(nèi)齒圈材料多使用42CrMoA。2.3.1.AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求，滲碳或氮化處理的內(nèi)齒圈精度要求到達(dá)7級，其他齒輪的精度要求到達(dá)6級。目前，我們對供給商的要求是內(nèi)齒圈精度要求到達(dá)6級，其他齒輪的精度要求到達(dá)5級。2.3.1.5風(fēng)電齒輪箱要求齒面有足夠的光潔度，以保證齒面有足夠的承載能力。齒面光潔度高，可提高齒面的抗微點(diǎn)蝕能力。AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求太陽輪和行星輪的粗糙度到達(dá)Ra0.5，低速軸齒輪的齒面粗糙度到達(dá)Ra0.6，中間軸和高速軸齒輪的齒面粗糙度到達(dá)Ra0.7。2.3.1.6齒輪風(fēng)機(jī)齒輪箱為增速齒輪箱，選擇變位系數(shù)應(yīng)有利于降低滑差。2.3.2由于風(fēng)機(jī)齒輪箱工作的特殊性和載荷的復(fù)雜性，軸承在風(fēng)電齒輪箱中是一個相對薄弱的環(huán)節(jié)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，早期風(fēng)電齒輪箱故障大多是由軸承引起的，隨著現(xiàn)場經(jīng)歷的增多，目前軸承引起的故障明顯降低，但仍約有50%的故障是由軸承引起的。因此，風(fēng)電齒輪箱設(shè)計和運(yùn)行時，應(yīng)對軸承類型、潤滑方式、潤滑油的清潔度及壽命計算方法給予足夠的重視。2.3軸承的正確選型和布置對保證風(fēng)機(jī)齒輪箱的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和使用壽命十分關(guān)鍵。AGMA6006標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)歷，給出了高速級軸承、中間級軸承、低速級/行星架軸承的選擇表。對行星輪軸承，AGMA標(biāo)準(zhǔn)推薦使用帶保持架的圓柱滾子軸承。假設(shè)使用雙列滿裝圓柱滾子軸承，必須保證徑向力不會造成滾子之間產(chǎn)生接觸應(yīng)力。假設(shè)使用球面滾子軸承，應(yīng)保證軸承內(nèi)圈在軸向有足夠的位移量，以保證載荷分布的均勻。假設(shè)兩個軸承布置得很近，且原始游隙差異較大時，有可能兩個軸承的總承載能力比單個軸承還小。對行星架軸承，AGMA標(biāo)準(zhǔn)推薦使用滿裝圓柱滾子軸承。對于低速軸輸入端軸承，推薦使用單列圓柱滾子軸承。對低速軸輸出端軸承，假設(shè)使用自動調(diào)心球面滾子軸承，必須仔細(xì)分析載荷的變化和軸的運(yùn)動〔幅度和頻率〕對軸承間隙的影響。根據(jù)AGMA6006，只有兩個圓錐軸承的原始游隙能到達(dá)適宜的值，才能成對使用圓錐軸承。假設(shè)在低速軸輸出端成對使用圓錐軸承，分析計算時不能將兩個圓錐軸承擔(dān)作一個軸承考慮。圖1所示：假設(shè)在低速軸輸出端布置兩個圓錐軸承，在兩個圓錐軸承寬度范圍內(nèi)，管軸的撓曲量幾乎為0，在這種情況下，軸承要承受了額外的徑向力。圖2所示：假設(shè)在低速軸輸出端布置一個圓錐軸承，管軸在圓錐軸承中都有一定的撓曲量，管軸的撓曲未受到限制，因此軸承未承受額外的徑向力。圖1：3個軸承布置時管軸撓曲量及軸承的徑向力圖2：2個軸承布置時管軸偏移量及軸承的徑向力對于中間級輸入端，AGMA推薦使用單列圓柱滾子軸承。假設(shè)中間級輸入端使用自動調(diào)心球面滾子軸承，則需要注意允許外圈能在軸承安裝孔內(nèi)移動，以補(bǔ)償軸的熱膨脹。對中間級輸出端，假設(shè)使用自動調(diào)心球面滾子軸承，必須考慮載荷的變化和軸的運(yùn)動〔幅度和頻率〕對軸承間隙的影響。對高速軸軸承輸入端，AGMA推薦使用單列圓柱滾子軸承。下表1是國內(nèi)供給商的1350KW齒輪箱軸承選型表1：1350KW齒輪箱軸承選型國內(nèi)供給商的軸承選型重齒南高齒行星輪直齒斜齒行星輪軸承雙列調(diào)心球面滾子軸承＋圓環(huán)滾子軸承23236CC/W33C=1500+C3236C=1530雙列滿裝圓柱滾子軸承NNCF5040C3行星架輸入端軸承單列滿裝圓柱滾子軸承NCF18/560VC=1020單列滿裝圓柱滾子軸承NCF18/600行星架輸出端軸承單列滿裝圓柱滾子軸承NCF18/500VC=952單列滿裝圓柱滾子軸承NCF1892低速軸輸入端軸承單列圓柱滾子軸承NCF2964CVC=1140單列圓柱滾子軸承NU1068低速軸輸出端軸承自動調(diào)心球面滾子軸承23060CC/W33C=2120雙列圓錐滾子軸承32968/DF中間軸輸入端軸承自動調(diào)心球面滾子軸承23134CC/W33C=1040單列圓柱滾子軸承NU2234中間軸輸出端軸承自動調(diào)心球面滾子軸承23236CC/W33C=1500單列圓柱滾子軸承＋四點(diǎn)接觸球軸承NU2334+QJ332高速軸輸入端軸承單列圓柱滾子軸承NU2326ECMAC=1060單列圓柱滾子軸承NU2326C3高速軸輸出端軸承單列圓柱滾子軸承＋四點(diǎn)接觸球軸承單列圓柱滾子軸承＋四點(diǎn)接觸球軸承NU228C3+QJ328C32.3.2.6006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軸承的靜安全系數(shù)在最大運(yùn)行載荷下不小于3.0，在極限載荷下不小于2.0，并對最大載荷和極限載荷給出了明確的定義。2.3.2.3軸承壽命計算時其失效概率一般為10%?？煽啃砸蟛煌瑫r，應(yīng)采用可靠度系數(shù)對額定壽命進(jìn)展修正。19073標(biāo)準(zhǔn)和AGMA6006標(biāo)準(zhǔn)都同時強(qiáng)調(diào)當(dāng)量動負(fù)荷的計算應(yīng)以載荷譜為準(zhǔn)，按Miner準(zhǔn)則進(jìn)展計算。根據(jù)AGMA6006，計算軸承的壽命時，對于有潤滑過濾系統(tǒng)的齒輪箱，潤滑油的清潔度默認(rèn)取-/17/14。如果潤滑過濾系統(tǒng)能保證的潤滑油清潔度超過上述默認(rèn)值，則計算時，潤滑油清潔度取值要求比過濾系統(tǒng)能保證的清潔度低一個等級。我國軸承額定壽命計算標(biāo)準(zhǔn)GB/T6391-2003等效采用ISO281：1990，標(biāo)準(zhǔn)提供了軸承根本額定壽命和修正額定壽命的計算公式。世界著名的軸承生產(chǎn)企業(yè)也根據(jù)各自的研究成果提出了不同的修正額定壽命計算方法，如SKF、TIMKEN、FAG等公司。這些計算方法采用的根本額定壽命計算方法完全一樣，修正壽命的計算公式大同小異，但具體計算方法不盡一樣。當(dāng)軸承的可靠度要求不同，或者希望更準(zhǔn)確、更完善考慮軸承質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)條件對其壽命影響時，應(yīng)采用修正額定壽命。GB/T6391-2003〔ISO281：1990〕引入壽命修正系數(shù)axyz,它是一個多因素影響系數(shù)，除了軸承類型的影響外，還包括材料、潤滑、環(huán)境、雜質(zhì)顆粒、套圈中的應(yīng)力、安裝方式、軸承載荷等因素。19073標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軸承的修正額定壽命不小于130000小時，按GB/T6391或軸承制造商的計算指南進(jìn)展計算，但由于GB/6391修正額定壽命計算方法中并未給出axyz的具體計算方法，因此一般設(shè)計人員難以完成軸承的修正額定壽命計算。AGMA6006標(biāo)準(zhǔn)仍以軸承的根本額定壽命作為判斷依據(jù)，但根據(jù)使用位置的不同，規(guī)定了齒輪箱各處軸承的最小根本額定壽命，見表2。表2軸承的最小根本額定壽命L10軸承位置高速軸高速中間軸低速中間軸行星輪軸低速軸壽命/小時300004000080000100000100000由于國家標(biāo)準(zhǔn)未提供切實(shí)可用的修正額定壽命計算方法，而各公司提供的計算方法一般設(shè)計人員很難掌握，而且計算說明絕大多數(shù)軸承的根本額定壽命很難到達(dá)130000小時，因此國家標(biāo)準(zhǔn)提供的軸承計算方法的操作性不如6006標(biāo)準(zhǔn)。此外，6006標(biāo)準(zhǔn)指出軸承的運(yùn)行溫度、潤滑油粘度和清潔度及轉(zhuǎn)速等因素對軸承壽命有很大影響，運(yùn)行狀態(tài)變差時〔溫度上升、轉(zhuǎn)速升高、污染物增多〕，軸承的壽命可能大幅度降低，因此應(yīng)對風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)行溫度、潤滑油清潔度等進(jìn)展嚴(yán)格控制和監(jiān)控。2.3.2除壽命外，AGMA標(biāo)準(zhǔn)還對軸承擔(dān)量靜負(fù)荷時的最大接觸應(yīng)力作了規(guī)定〔見表3〕。表3：軸承最大承載力軸承最大承載力軸承位置高速軸高速中間軸低速中間軸行星輪軸最大接觸應(yīng)力/MPa1300165016501450表3中的數(shù)值是基于20年壽命得到的，設(shè)計壽命不同時，表中的數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整。2.3.3風(fēng)電齒輪箱的潤滑、冷卻和加熱系統(tǒng)對齒輪箱的正常工作具有十分重要的意義，大型風(fēng)電齒輪箱必須配備可靠的強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)，對齒輪嚙合區(qū)、軸承等進(jìn)展壓力潤滑。齒輪箱的潤滑、冷卻和加熱系統(tǒng)原理圖如以以下圖3所示。圖3：潤滑、冷卻和加熱系統(tǒng)原理圖1潤滑泵9油冷卻器2油支路管10排油閥3過濾元件11透氣裝置4壓差開關(guān)12油加熱器5筒形插裝式閥〔可選件〕13軸承溫度傳感器16檢修閥14軸承溫度傳感器27溫度調(diào)節(jié)閥15油溫度傳感器8壓力開關(guān)16壓力傳感器〔可選〕2.3.3.1散熱器的額定功率按照40°C的水溫設(shè)計，排出水溫不得超過50°C。散熱器的設(shè)計必須保證，油槽的溫度不得超過70°C，不同軸承之間的溫差不得超過15°C，軸承外圈的溫度不得超過90當(dāng)油槽油溫高于65°C時，冷卻系統(tǒng)開場工作；假設(shè)齒輪箱在1個小時內(nèi)連續(xù)工作，油槽油溫超過85°C持續(xù)10分鐘，或軸承外圈溫度超過105°C持續(xù)10分鐘，2.3.3.2油槽中有一個沉浸在潤滑油中的加熱器進(jìn)展加熱，加熱器的功率要求1.5KW。加熱器必須放在油泵的進(jìn)油口附近。加熱器外部要有護(hù)套，以防止在更換加熱器時造成潤滑油的泄漏。油槽油溫低于12°C時，應(yīng)首先將潤滑油加熱到預(yù)定溫度再開機(jī)，當(dāng)油槽中油溫高于20°C2.3.3.3過濾裝置必須能去除潤滑油中的空氣和雜質(zhì)，過濾器的外部必須要有旁通閥，當(dāng)過濾網(wǎng)堵塞時，潤滑油可以通過旁通閥流出。另外，在過濾器進(jìn)出口必須配備一個壓差開關(guān)。當(dāng)過濾網(wǎng)堵塞，造成過濾器進(jìn)出口壓差超過設(shè)定值時，壓差開關(guān)可給出報警信號。根據(jù)采購標(biāo)準(zhǔn)的要求，在齒輪箱不超過1000小時的運(yùn)行時間，第一次測試油樣的清潔度。以后以六個月固定周期抽查，要求過濾系統(tǒng)的過濾能力必須保證潤滑油清潔度到達(dá)15/12；但是，由于目前國內(nèi)供給商在生產(chǎn)制造和裝配過程中，很難保證齒輪箱的清潔度，試驗(yàn)后實(shí)測的潤滑油清潔度往往很難到達(dá)要求。2.3.軸的設(shè)計要求計算疲勞載荷及屈服極限載荷。疲勞壽命計算時取可靠度99%。另外，軸的設(shè)計還要考慮到軸的剛度對齒輪嚙合的影響，盡量提高軸的剛度。目前軸的材料多為20CrNiMoA或17CrNiMo6。2.3.5箱體是齒輪箱的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。對于在低溫條件下使用的齒輪箱，箱體材料還應(yīng)該有足夠的低溫沖擊功。目前使用較多的箱體材料為QT400-18AL。為便于軸系部件的安裝和拆卸，齒輪箱分前、后箱體。后箱體制成沿軸心線剖分式，分為上箱體和下箱體。箱體的加工精度以及裝配精度對齒輪箱的傳動精度有很大的影響，因此必須使用高精度的加工設(shè)備加工箱體，在裝配過程中通過選配零件，減小累積誤差，可提高箱體最終的裝配精度。對箱體、行星架和扭力臂必須通過有限元分析其在受載情況下的變形量，特別是行星架的變形對齒輪的嚙合有很大影響，應(yīng)給予足夠的重視。2.3.軸封主要有唇形密封和迷宮式密封兩種形式，因?yàn)榇叫蚊芊獾膲勖鄬^短，并且更換困難，推薦使用迷宮密封。2.3.2.3.7.1潤滑油齒輪箱潤滑油要求具有良好的抗氧化與熱穩(wěn)定性能、高粘度指數(shù)、優(yōu)異的低溫流動性及抗微點(diǎn)蝕能力。目前我公司使用的齒輪箱潤滑油為MOBILSHCXMP320和BPA320，其工作溫度范圍能到達(dá)-42℃-120℃。2.3.7.根據(jù)AGMA標(biāo)準(zhǔn)，潤滑油量計算方法如下：Qty=0.15Pt+20Qty-推薦的潤滑油量，單位升Pt-齒輪箱額定功率，單位KW假設(shè)設(shè)計的不是多級傳動，或者齒輪箱有一個單獨(dú)的油箱，不能用上述公式計算。根據(jù)上述公式計算1.25MW的潤滑油量：Qty=0.15*1350+20=222.5L，與齒輪箱定貨圖上要求的220L接近。2.3.7.潤滑油的質(zhì)量，對齒輪箱的安全可靠運(yùn)行，齒輪和軸承的使用壽命有很大的影響。因此，齒輪箱運(yùn)行一段時間后，應(yīng)對潤滑油進(jìn)展檢測。潤滑油的檢測應(yīng)包括以下工程：清潔度、粘度、含水量、金屬顆粒、油品的氧化程度。第一次取油樣應(yīng)在試車72小時內(nèi)，第二次取油樣在風(fēng)機(jī)運(yùn)行1000小時內(nèi)，以后每6個月取一次油樣進(jìn)展檢查。2.3.7.為保證齒輪和軸承的壽命，必須保證潤滑油的清潔度，應(yīng)采取以下措施保證潤滑油的清潔度：-向齒輪箱加潤滑油前先進(jìn)展過濾-齒輪箱工廠試驗(yàn)后檢測油液清潔度-在運(yùn)行過程中過濾潤滑油，保持油液的清潔度-運(yùn)行過程中監(jiān)測潤滑油齒輪箱制造商必須保證齒箱試驗(yàn)后，油液的清潔度滿足-15/12〔ISO4406〕的要求。用戶在齒輪箱的服務(wù)期內(nèi)，也應(yīng)該監(jiān)測和記錄油液的清潔度。國內(nèi)外主要供給商分析國際上生產(chǎn)風(fēng)電齒輪箱的公司主要有Winergy、Renk、HansenTrasmission等，國內(nèi)主要有南高齒、重齒和杭齒。目前，國內(nèi)齒輪箱廠已根本掌握了兆瓦以下風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)，國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型為600~800KW，并開場了兆瓦以上風(fēng)電齒輪箱的開發(fā)和批量生產(chǎn)。盡管如此，我國風(fēng)電齒輪箱仍是風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化中的薄弱環(huán)節(jié)，尚不能滿足市場需求。目前國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)引進(jìn)根本上是以產(chǎn)品生產(chǎn)許可的方式進(jìn)展的，從國外引進(jìn)的只是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的集成技術(shù)，并不包括齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)。國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱的設(shè)計根本是參照引進(jìn)集成技術(shù)的齒輪箱采購標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展的，齒輪箱的構(gòu)造設(shè)計和外聯(lián)結(jié)尺寸按進(jìn)口風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求進(jìn)展類比設(shè)計，國內(nèi)并未完全掌握先進(jìn)的設(shè)計制造技術(shù)。3.1齒輪箱設(shè)計AGMA標(biāo)準(zhǔn)要求，以載荷譜為根基進(jìn)展齒輪和軸承等零部件的設(shè)計計算。但目前國內(nèi)的齒輪箱制造商還不能根據(jù)載荷譜進(jìn)展齒輪箱設(shè)計，進(jìn)展齒輪箱計算時，按發(fā)電機(jī)額定功率除以發(fā)電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械效率來確定計算功率，齒輪強(qiáng)度計算的使用系數(shù)KA取1.3，而載荷譜僅用作校驗(yàn)。3.2制造技術(shù)風(fēng)電齒輪箱外齒輪一般采用滲碳淬火磨齒工藝。目前國內(nèi)的主要制造商都大量引進(jìn)了高精度數(shù)控磨齒機(jī)，使國內(nèi)的外齒輪精加工水平與國外差距不大，到達(dá)AGMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5級精度技術(shù)上困難不大。但國內(nèi)供給商在熱處理變形控制、有效層深控制、輪齒修形工藝、齒面振動拋光等方面與國外先進(jìn)技術(shù)仍有差距。由于風(fēng)電齒輪箱內(nèi)齒圈尺寸大、加工精度要求高，我國的內(nèi)齒圈制造技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比差距較大，主要表達(dá)在斜齒內(nèi)齒輪的制齒加工、熱處理變形控制等方面。箱體、行星架、輸入軸等構(gòu)造件的加工精度對齒輪的傳動的嚙合質(zhì)量和軸承壽命等都有十分重要的影響，裝配質(zhì)量的好壞也決定了風(fēng)電齒輪箱壽命的長短和可靠性的上下。我國在構(gòu)造件的加工和裝配等方面從重要性認(rèn)識到裝備水平都與國外先進(jìn)水平有一定差距。〔我公司的齒輪箱樣機(jī)發(fā)現(xiàn)內(nèi)齒圈偏載，內(nèi)齒圈制齒加工精度及熱處理變形控制不夠，箱體、行星架、輸入軸等構(gòu)造件的加工精度和裝配精度不夠，是造成偏載的主要可能原因〕。生產(chǎn)過程中，國內(nèi)對齒輪箱裝配環(huán)境的清潔度的控制以及每道工序的清潔都不夠重視，直接反映在試驗(yàn)過程中，測得的齒輪箱潤滑油的清潔度達(dá)不到AGMA標(biāo)準(zhǔn)的要求。假設(shè)齒輪箱的清潔度不夠，有固體小顆粒進(jìn)入軸承滾道或齒輪的嚙合面，會對軸承和齒輪的帶來很大的傷害，大大降低這些零部件的使用壽命。對于齒輪箱的安裝接口，供給商在生產(chǎn)、加工過程中也比擬容易無視。風(fēng)機(jī)制造商在安裝齒輪箱附件時，往往發(fā)現(xiàn)安裝接口不符合要求，造成等工、返工。因此，在齒輪箱驗(yàn)收過程中，應(yīng)注意對安裝接口的檢查。3.3試驗(yàn)測試技術(shù)目前，國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱試驗(yàn)臺還很少，試驗(yàn)時還難以滿足對實(shí)際工況的模擬〔如齒輪箱的支撐目前還是使用剛性支撐；傳動鏈的布置不合理，在齒輪箱底部還加裝了支撐。上述試驗(yàn)條件都會改善齒輪箱的振動試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能真實(shí)反映齒輪箱的實(shí)際工況〕。國外已有了齒輪箱的低溫模擬試驗(yàn)臺，國內(nèi)還沒有。目前國內(nèi)齒輪箱的試驗(yàn)測試技術(shù)研究根本上還是空白，國內(nèi)制造商對齒輪箱的振動和噪音的重要性認(rèn)識還缺乏，僅使用簡單的振動和噪音測試設(shè)備進(jìn)展測試〔如齒輪箱的振動測試，使用僅能測振幅的手持式設(shè)備〕，測得的振動數(shù)據(jù)缺乏以分析判斷齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)。4.齒輪箱樣機(jī)試驗(yàn)對于齒輪箱的樣機(jī)試驗(yàn)，目前還未有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，AGMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)應(yīng)由制造商和用戶協(xié)商，對加載負(fù)荷及加載時間，各個風(fēng)機(jī)制造商都有不同的要求。GE的1660KW齒輪箱，要求對樣機(jī)進(jìn)展破壞性試驗(yàn)。除300%額定扭矩的靜載荷實(shí)驗(yàn)外，還要求齒輪箱在135%額定扭矩及100%額定轉(zhuǎn)速條件下運(yùn)行423小時，進(jìn)展加速壽命試驗(yàn)。而REPOWER則要求齒輪箱樣機(jī)在200%額定扭矩及100%額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行200小時，進(jìn)展加速壽命試驗(yàn)。AGMA要求，在樣機(jī)試驗(yàn)過程中測試并記錄如下數(shù)據(jù)：1〕在各檔負(fù)荷下齒面的接觸斑點(diǎn)。2〕在各檔負(fù)荷下軸承和油槽中潤滑油的油溫。3〕在各檔負(fù)荷下的噪音〔按ANSI/AGMA6025-D98或ISO8579-1標(biāo)準(zhǔn)〕4〕在各檔負(fù)荷下的振動〔按ANSI/AGMA6000-B96標(biāo)準(zhǔn)或ISO8579-2標(biāo)準(zhǔn)〕另外，一般用戶還要求測試潤滑油的清潔度。4.1樣機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)4.1.11.1.11.1.21.1.31.1.41.1.5檢查試驗(yàn)臺位是否符合圖紙要求。檢查冷卻水進(jìn)口是否安裝有流量表和球閥，保證冷卻水進(jìn)口流量能控制在33.6L1.1.6試驗(yàn)前使用工作油〔MobileSHCXMP320或BPA320〕竄油至少60min，油溫35±5℃，流量不小于1.1.71.1.84.1.2空載試驗(yàn)1.2.1按下表進(jìn)展空載試驗(yàn)：步驟持續(xù)時間(min)轉(zhuǎn)速〔r/min〕130280〔正轉(zhuǎn)〕230560〔正轉(zhuǎn)〕330840〔正轉(zhuǎn)〕4301120〔正轉(zhuǎn)〕5301120〔反轉(zhuǎn)〕1.2.2每15min測量記錄一次各檔轉(zhuǎn)速下的油位、冷卻器進(jìn)出口油溫、油壓、過濾器油壓差、冷油器介質(zhì)的進(jìn)出口溫度〔假設(shè)使用〕、軸承外圈溫度〔高速軸軸承使用溫度傳感器測量，其它部位軸承采用點(diǎn)溫計間接測量〕。1.2.3在運(yùn)行過程中檢查連接處有無松動，密封處、結(jié)合處有無漏油、滲油，運(yùn)行是否平穩(wěn)，有無異響、沖擊。4.1.31.3.1如果1.2..2條中所記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均處于正常狀態(tài)，按1.2.31.3.2步驟持續(xù)時間輸入功率kW轉(zhuǎn)速r/min10.5h340〔25%Pmech〕870〔正轉(zhuǎn)〕22h540〔40%Pmech〕1120〔正轉(zhuǎn)〕30.5h675〔50%Pmech〕1030〔正轉(zhuǎn)〕41h1020〔75%Pmech〕1065〔正轉(zhuǎn)〕548h1350〔100%Pmech〕1120〔正轉(zhuǎn)〕60.5h1485〔110%Pmech〕1120〔正轉(zhuǎn)〕710min1755〔130%Pmech〕1120〔正轉(zhuǎn)〕82h1350〔100%Pmech〕1120〔反轉(zhuǎn)〕1.3.31.3.41.3.54.1.44.1.4.1如果1.3.3按下表進(jìn)展強(qiáng)化試驗(yàn)：步驟持續(xù)時間min輸入功率130675kW〔50%Pmech〕24.5從675kW升至1755kW〔50%Pmech至130%Pmech〕3151755kW〔130%Pmech〕42從1755kW降至675kW〔130%Pmech至50%Pmech〕515675kW〔50%Pmech〕6重復(fù)步驟2~5共9次4.1.4.34.1.4.44.1.4.54.1.5上述試驗(yàn)過程中，假設(shè)發(fā)現(xiàn)以下情況之一，則需立即停頓試驗(yàn)，排除故障后再繼續(xù)試驗(yàn)：4.1.54.1.5.24.1.5.34.1.5.44.1.5.5假設(shè)軸、軸承、齒輪及行星架在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題，則必須進(jìn)展修復(fù)或更換，并重新進(jìn)展試驗(yàn)。4.1.6拆卸齒輪箱前，首先要手動試轉(zhuǎn)齒輪箱是否依舊正常。拆卸齒輪箱時要遵循逐步拆卸的規(guī)則，即拆下一局部檢查一局部，防止未查明拆開部位有無異常便急于連續(xù)拆卸甚至全部拆完再檢查分析的做法。4.1.6有無損傷、裂痕或變形之處連接有無松動零件相對位置有無變動外表有無碰擦等異常痕跡有無污物或碎屑?xì)埩?.1.6滾動軸承轉(zhuǎn)動是否正常滾動軸承中滾動體、保持架、內(nèi)外滾道的磨損情況和顏色滾動軸承內(nèi)是否有污物滾動軸承外圈與相配外表的配合狀況密封圈是否有損傷密封圈與座孔的配合狀況齒面接觸印痕和顏色齒面磨損情況，是否有損