風力發電機組齒輪箱的種類很多,按照傳統類型可分為圓柱齒輪增速箱、行星增速箱以及它們互相組合起來的齒輪箱;按照傳動的級數可分為單級和多級齒輪箱;按照轉動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式以及混合式等等。
風力發電機組運轉環境非常惡劣,受力情況復雜,要求所用的材料除了要滿足機械強度條件外,還應滿足極端溫差條件下所具有的材料特性,如抗低溫冷脆性、冷熱溫差影響下的尺寸穩定性等等。對齒輪和軸類零件而言,由于其傳遞動力的作用而要求極為嚴格的選材和結構設計,一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結構或焊接結構,齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內,都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時,由于齒輪與軸之間的連接所限,常制成軸齒輪的形式。
為了提高承載能力,齒輪、軸一般都采用合金鋼制造。外齒輪推薦采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA等材料。內齒圈和軸類零件推薦采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。采用鍛造方法制取毛坯,可獲得良好的鍛造組織纖維和相應的力學特征。合理的預熱處理以及中間和最終熱處理工藝,保證了材料的綜合機械性能達到設計要求。
齒輪箱內用作主傳動的齒輪精度,外齒輪不低于5級GB/T10095,內齒輪不低于6級GB/T10095。通常采用最終熱處理的方法是滲碳淬火,齒表面硬度達到HRC60+/-2,具有良好的抗磨損接觸強度,輪齒心部則具有相對較低的硬度和較好的韌性,能提高抗彎曲強度,而通常對齒部的最終加工是采用磨齒工藝。
加工人字齒的時候,如是整體結構,半人字齒輪之間應有退刀槽;如是拼裝人字齒輪,則分別將兩半齒輪按普通圓柱齒輪加工,最后用工裝將兩者準確對齒,再通過過盈配合套裝在軸上。
齒輪加工中,規定好加工的工藝基準非常重要。軸齒輪加工時,常用頂尖頂緊兩軸端中心孔安裝在機床上。圓柱齒輪則利用其內孔和一個端面作為工藝基準,用夾具或通過校準在機床上定位。
在一對齒輪副中,小齒輪的齒寬比大齒輪略大一些,這主要是為了補償軸向尺寸變動和便于安裝。為減小軸偏斜和傳動中彈性變形引起載荷不均勻的影響,應在齒形加工時對輪齒作修形處理。
軸
齒輪箱中的軸按其主動和被動關系可分為主動軸、從動軸和中間軸。首級主動軸和末級從動軸的外伸部分用于安裝半聯軸器,與風輪輪轂或電機傳動軸相連。為了提高可靠性和減小外形尺寸,有時將半聯軸器(法蘭)與軸制成一體。
軸上各個配合部分的軸頸需要進行磨削加工。為了減少應力集中,對軸上臺肩處的過渡圓角、花鍵向較大軸徑過渡部分,均應作必要的處理,例如拋光,以提高軸的疲勞強度。在過盈配合處,為減少輪轂邊緣的應力集中,壓合處的軸徑應比相鄰部分軸徑加大5%,或在輪轂上開出卸荷槽。裝在軸上的零件,軸向固定應可靠,工作載荷應盡可能用軸上的止推軸肩來承受,相反方向的固定則可利用螺帽或其他緊固件。為防止螺紋松動,可利用止動墊圈、雙螺帽墊圈、鎖止螺釘或串聯鐵絲等。有時為了節省空間,簡化結構,也可以用彈簧擋圈代替螺帽和止動墊圈,但不能用于軸向負荷過大的地方。
軸的材料采用碳綱和合金綱。如40、45、50、40Cr、50Cr、42CrMoA等,常用的熱處理方法為進行調質,而在重要部位作淬火處理。要求較高時可采用20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi等優質低碳合金綱,進行滲碳淬火處理,獲取較高的表面硬度和心部較高的韌性。
滾動軸承
齒輪箱的支承中,大量應用滾動軸承,其特點是靜摩擦力矩和動摩擦力矩都很小,即使載荷和速度在很寬范
箱體結構