1.風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)特點(diǎn)

    風(fēng)電齒輪箱在技術(shù)上有如下一些特點(diǎn)：

    （1）服役條件嚴(yán)酷由于機(jī)組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無(wú)規(guī)律的變向、變負(fù)荷的風(fēng)力作用及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和溫差的影響，加之所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱在狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)上。大量的實(shí)踐證明，這個(gè)環(huán)節(jié)常是機(jī)組中的齒輪箱。

    （2）功率大主流風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到兆瓦級(jí)，丹麥的主流風(fēng)機(jī)為2.0~3.0MW,美國(guó)主流風(fēng)機(jī)為1.5MW,在2004年的漢諾威工博會(huì)上4.5MW的風(fēng)電機(jī)組也已面世。

    （3）速差大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的輸入轉(zhuǎn)速很低，約20r/min,遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所要求的1500~1800r/min的轉(zhuǎn)速，必須通過(guò)齒輪多級(jí)增速傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    （4）精度高齒輪箱內(nèi)用作主傳動(dòng)的齒輪精度，外齒輪不低于5級(jí)（GB/T10095），內(nèi)齒輪不低于6級(jí)。齒部的zui終加工是采用磨齒工藝，尤其內(nèi)齒輪磨齒難度甚高。

    （5）使用壽命要求長(zhǎng)由于自然環(huán)境條件惡劣，交通又不方便，齒輪箱在數(shù)十米高塔頂部的狹小空間內(nèi)，安裝和維修相當(dāng)困難，所以要求使用壽命zui少20年。

    （6）可靠性要求高與使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。對(duì)構(gòu)件材料，除了常規(guī)狀態(tài)下力學(xué)性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性：對(duì)齒輪箱，工作要平穩(wěn)，防止振動(dòng)和沖擊等。設(shè)計(jì)中要根據(jù)載荷譜進(jìn)行疲勞分析，對(duì)齒輪箱整機(jī)及其零件的設(shè)計(jì)極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、極限強(qiáng)度分析、疲勞分析，以及穩(wěn)定性和變形極限分析。

    2.熱處理生產(chǎn)中的主要技術(shù)難度

    由于風(fēng)電齒輪的服役條件苛刻，技術(shù)要求高，在美國(guó)ANSI/AGMA/AWEA6006-A03《風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱設(shè)計(jì)規(guī)范》的52項(xiàng)質(zhì)量控制項(xiàng)目中，材料熱處理就占20項(xiàng)。

    強(qiáng)調(diào)材料熱處理的重要性就是要保證齒輪的疲勞強(qiáng)度和加工精度。一方面，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)所受風(fēng)載頻繁變化，而且?guī)_擊，所以齒輪表面常產(chǎn)生微動(dòng)點(diǎn)蝕而早期失效，這種失效與接觸精度和硬化表層物理冶金因素有關(guān)。另一方面，由于齒輪箱變速比大，所以采用平行傳動(dòng)+行星傳動(dòng)方式，而在行星齒輪中，為了提高齒輪強(qiáng)度、傳動(dòng)平穩(wěn)性及可靠性，同時(shí)減小尺寸和重量，內(nèi)齒圈也要求采用滲碳淬火磨齒工藝。

    從目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電齒輪的生產(chǎn)來(lái)看，要保證20年使用壽命，這一關(guān)道路漫長(zhǎng)，尚待考驗(yàn)，而對(duì)于內(nèi)齒圈的滲碳淬火變形，由于直接影響生產(chǎn)已經(jīng)成為熱處理中的一大難題。 
 目前從76萬(wàn)kW到400萬(wàn)kW僅風(fēng)電齒輪箱的產(chǎn)值約為25億，從400萬(wàn)kW到2000萬(wàn)kW風(fēng)電齒輪箱的產(chǎn)值約為140億。

    1.風(fēng)電齒輪箱的技術(shù)特點(diǎn)

    風(fēng)電齒輪箱在技術(shù)上有如下一些特點(diǎn)：

    （1）服役條件嚴(yán)酷由于機(jī)組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無(wú)規(guī)律的變向、變負(fù)荷的風(fēng)力作用及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和溫差的影響，加之所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱在狹小的機(jī)艙不可能像在地面那樣具有牢固的機(jī)座基礎(chǔ)，整個(gè)傳動(dòng)系的動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的因素總是集中反映在某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)上。大量的實(shí)踐證明，這個(gè)環(huán)節(jié)常是機(jī)組中的齒輪箱。

    （2）功率大主流風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到兆瓦級(jí)，丹麥的主流風(fēng)機(jī)為2.0~3.0MW,美國(guó)主流風(fēng)機(jī)為1.5MW,在2004年的漢諾威工博會(huì)上4.5MW的風(fēng)電機(jī)組也已面世。

    （3）速差大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱，其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。通常風(fēng)輪的輸入轉(zhuǎn)速很低，約20r/min,遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所要求的1500~1800r/min的轉(zhuǎn)速，必須通過(guò)齒輪多級(jí)增速傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    （4）精度高齒輪箱內(nèi)用作主傳動(dòng)的齒輪精度，外齒輪不低于5級(jí)（GB/T10095），內(nèi)齒輪不低于6級(jí)。齒部的zui終加工是采用磨齒工藝，尤其內(nèi)齒輪磨齒難度甚高。

    （5）使用壽命要求長(zhǎng)由于自然環(huán)境條件惡劣，交通又不方便，齒輪箱在數(shù)十米高塔頂部的狹小空間內(nèi)，安裝和維修相當(dāng)困難，所以要求使用壽命zui少20年。

    （6）可靠性要求高與使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。對(duì)構(gòu)件材料，除了常規(guī)狀態(tài)下力學(xué)性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性：對(duì)齒輪箱，工作要平穩(wěn)，防止振動(dòng)和沖擊等。設(shè)計(jì)中要根據(jù)載荷譜進(jìn)行疲勞分析，對(duì)齒輪箱整機(jī)及其零件的設(shè)計(jì)極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、極限強(qiáng)度分析、疲勞分析，以及穩(wěn)定性和變形極限分析。

    2.熱處理生產(chǎn)中的主要技術(shù)難度

    由于風(fēng)電齒輪的服役條件苛刻，技術(shù)要求高，在美國(guó)ANSI/AGMA/AWEA6006-A03《風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱設(shè)計(jì)規(guī)范》的52項(xiàng)質(zhì)量控制項(xiàng)目中，材料熱處理就占20項(xiàng)。

    強(qiáng)調(diào)材料熱處理的重要性就是要保證齒輪的疲勞強(qiáng)度和加工精度。一方面，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)所受風(fēng)載頻繁變化，而且?guī)_擊，所以齒輪表面常產(chǎn)生微動(dòng)點(diǎn)蝕而早期失效，這種失效與接觸精度和硬化表層物理冶金因素有關(guān)。另一方面，由于齒輪箱變速比大，所以采用平行傳動(dòng)+行星傳動(dòng)方式，而在行星齒輪中，為了提高齒輪強(qiáng)度、傳動(dòng)平穩(wěn)性及可靠性，同時(shí)減小尺寸和重量，內(nèi)齒圈也要求采用滲碳淬火磨齒工藝。

    從目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電齒輪的生產(chǎn)來(lái)看，要保證20年使用壽命，這一關(guān)道路漫長(zhǎng)，尚待考驗(yàn)，而對(duì)于內(nèi)齒圈的滲碳淬火變形，由于直接影響生產(chǎn)已經(jīng)成為熱處理中的一大難題。