齒輪箱知識(shí)大全
齒輪箱是風(fēng)機(jī)中的重要部件，其主要作用是將轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)加速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，能量通過(guò)風(fēng)輪葉片由風(fēng)輪主軸傳遞至齒輪箱，然后通過(guò)柔性聯(lián)軸器傳遞至發(fā)電機(jī)。那么問(wèn)題來(lái)了，為什么要采用增速齒輪箱呢？
由于葉輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，通過(guò)齒輪箱齒輪的增速作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此增速齒輪箱設(shè)計(jì)及制造相當(dāng)關(guān)鍵。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠，故障率低。用量大的雙饋機(jī)型上的齒輪箱大多為行星輪系+平行軸傳動(dòng)。
目前市場(chǎng)上的風(fēng)機(jī)大致分為三種：雙饋式風(fēng)機(jī)、直驅(qū)式風(fēng)機(jī)和半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)。齒輪箱含有以下七類(lèi)零部件：齒輪/齒輪軸、軸承、鎖緊盤(pán)、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、加熱器、空氣濾清器。
- 一級(jí)行星兩級(jí)平行軸（雙饋）
該種結(jié)構(gòu)主要用于2MW以及2MW以下功率的風(fēng)電齒輪箱，用一組平行級(jí)代替行，可靠性高，但體積與重量大。
- 兩級(jí)行星一級(jí)平行軸（雙饋）
該種結(jié)構(gòu)主要用于2.5MW以上功率的齒輪箱，承載能力強(qiáng)，體積小，重量輕，直徑小但橫向長(zhǎng)。部分2MW以下齒輪箱也采用了該種結(jié)構(gòu)。
- 帶主軸齒輪箱（雙饋）
主軸安裝在齒輪箱內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊，主軸承油潤(rùn)滑，有利于延長(zhǎng)壽命，減輕重量。
- 緊湊型齒輪箱（半直驅(qū)）
通常也叫半直驅(qū)齒輪箱，半直驅(qū)是兼顧有直驅(qū)和雙饋風(fēng)電機(jī)的特點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)決定了半直驅(qū)一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時(shí)相對(duì)直驅(qū)發(fā)電機(jī)而言，能夠兼顧對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，改善大功率直驅(qū)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造條件。
常見(jiàn)齒輪傳動(dòng)也分為很多種：圓柱齒輪、錐齒輪、內(nèi)嚙合齒輪、蝸桿齒輪、斜齒輪、行星齒輪。
- 行星輪系
行星輪由一個(gè)太陽(yáng)輪加上三個(gè)行星輪套在行星架上，外面再套一個(gè)大齒圈組合而成。
這樣設(shè)計(jì)到底有什么優(yōu)點(diǎn)呢？
由于采用了均載機(jī)構(gòu),也就是說(shuō)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周?chē)瑥亩墒剐行禽喤c轉(zhuǎn)臂的受力平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，所以能提高齒輪的承載能力、嚙合平穩(wěn)性和可靠性。
- 平行軸系
平行軸系齒輪主要由主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪進(jìn)行傳動(dòng)。
行星輪系相對(duì)于平行軸系的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載能力大、噪音小等；而缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工要求高、配裝要求高等。
- 齒輪箱軸承介紹
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)大，對(duì)軸承的安裝有嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。振動(dòng)會(huì)傳到軸承滾道內(nèi)產(chǎn)生磨損毛刺，破壞軸承滾道的潤(rùn)滑，造成軸承失效。
齒輪傳動(dòng)需要安裝在軸上，而軸承是為軸提供支撐的構(gòu)件，軸上構(gòu)件的精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)依托于軸承的支撐，軸承滾動(dòng)體可以減少軸承與軸的摩擦。
目前風(fēng)電行業(yè)多選用進(jìn)口軸承（SKF、FAG、NSK、NKE、TIMKEN等）。隨著國(guó)內(nèi)軸承技術(shù)的逐步提高，齒輪箱的軸承國(guó)產(chǎn)化將會(huì)完全實(shí)現(xiàn)。
- 齒輪箱潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)
潤(rùn)滑系統(tǒng)主要是為齒輪箱提供源源不斷的潤(rùn)滑油，冷卻系統(tǒng)用于降低潤(rùn)滑油的溫度。
齒輪箱潤(rùn)滑油的主要功能：
潤(rùn)滑：齒輪和軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中它們實(shí)際都是非直接接觸，這中間是靠潤(rùn)滑油建成油膜，使其形成非接觸式的滾動(dòng)和滑動(dòng)，這時(shí)油起到了潤(rùn)滑的作用。
冷卻：雖然它們是非接觸的滾動(dòng)和滑動(dòng)，但由于加工精度等原因使其轉(zhuǎn)動(dòng)都有相對(duì)的滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，這都會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。如果這些熱量在它們轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有消除，勢(shì)必會(huì)越集越多，然后導(dǎo)致高溫?zé)龤X輪和軸承。潤(rùn)滑油可以傳遞熱量，冷卻齒輪箱和軸承的溫度。
清潔：齒輪箱工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些污染物和雜質(zhì)，潤(rùn)滑油可以帶走一些污染物和雜質(zhì)防止齒輪和軸承的腐蝕。
圖 潤(rùn)滑冷卻流程圖
電動(dòng)泵、機(jī)械泵同時(shí)向系統(tǒng)供油，潤(rùn)滑油經(jīng)濾油器過(guò)濾后到溫控閥，該溫控閥根據(jù)潤(rùn)滑油的溫度自動(dòng)控制潤(rùn)滑油的流向。當(dāng)油溫低于45℃時(shí)，潤(rùn)滑油直接進(jìn)入齒輪箱；當(dāng)油溫高于45℃時(shí)，溫控閥開(kāi)始動(dòng)作，潤(rùn)滑油經(jīng)冷卻器冷卻后再進(jìn)入到齒輪箱。在齒輪箱的入口和油泵的出口均裝有壓力傳感器用于檢測(cè)潤(rùn)滑油的壓力，當(dāng)油泵出口壓力超過(guò)閾值時(shí)，油液直接通過(guò)溢流閥進(jìn)入齒輪箱。
- 齒輪箱冷卻系統(tǒng)
風(fēng)機(jī)齒輪箱冷卻系統(tǒng)分為風(fēng)冷和水冷兩種，風(fēng)冷包括風(fēng)扇、電機(jī)以及相應(yīng)的連接膠管，是通過(guò)風(fēng)扇換熱降低油溫；水冷是通過(guò)冷卻液來(lái)冷卻油溫。
- 齒輪箱加熱器
加熱器一般位于齒輪箱的底部，有的機(jī)型油泵下面也有一個(gè)加熱器。當(dāng)風(fēng)機(jī)在低溫狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，油池內(nèi)的潤(rùn)滑油粘度非常高，潤(rùn)滑油近乎固體狀態(tài)。在這種工況下，齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行工作。加熱器的作用就是對(duì)齒輪箱油池的潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱。
- 齒輪箱鎖緊盤(pán)
齒輪箱輸入軸端與主軸通過(guò)鎖緊盤(pán)聯(lián)接，輸出軸通過(guò)膜片式聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相聯(lián)接，中耳依靠彈性支撐固定，彈性支撐上下各有一個(gè)調(diào)整螺釘，可以調(diào)整齒輪箱的上下位置，彈性支撐兩側(cè)各用螺栓與機(jī)架相聯(lián)接。
- 齒輪箱空氣濾清器
空氣濾清器由濾芯和殼體組成干燥劑，在正常狀態(tài)下顏色為藍(lán)色，當(dāng)干燥劑的顏色變成紅色時(shí)，需立即更換新的空氣濾清器。
空氣濾清器的作用是清除空氣中的微粒雜質(zhì)以及水份，防止空氣中的微粒以及水份進(jìn)入到齒輪箱內(nèi)部造成齒輪箱失效。而齒輪箱過(guò)濾器的作用是過(guò)濾油液中的顆粒物，二者有本質(zhì)的區(qū)別。
齒輪對(duì)于材料的選擇和制作工藝也有其嚴(yán)格的要求，不然很容易損壞。下面列出了5種齒輪失效的主要形式：
斷裂：偏載、過(guò)載、嚴(yán)重沖擊、熱處理；
點(diǎn)蝕：表面裂紋擴(kuò)張、磨粒、剝落；
膠合：局部升溫和重載、潤(rùn)滑不夠、油液變質(zhì)、齒輪精度低；
塑性變形：重載、熱處理；
磨損：金屬微粒、灰塵、潤(rùn)滑劑不潔。
齒輪箱一些常見(jiàn)的故障類(lèi)型有：齒輪箱油溫過(guò)高、軸承溫度過(guò)高、潤(rùn)滑系統(tǒng)問(wèn)題、齒輪箱出現(xiàn)異響、齒輪齒面常見(jiàn)異常、過(guò)濾器堵塞、冷卻器散熱異常等。
為了保證風(fēng)電機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行有效的故障診斷。齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，且故障發(fā)生率高，一旦發(fā)生故障將影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行，所以對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)警分析就顯得很有必要了。
目前針對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障診斷方法主要有：基于振動(dòng)信號(hào)的方法、油液分析法等，其中振動(dòng)信號(hào)主要采用時(shí)頻分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。故障預(yù)測(cè)基本方法以當(dāng)前設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)作為基準(zhǔn)，結(jié)合預(yù)測(cè)齒輪箱的相關(guān)測(cè)量指標(biāo)，環(huán)境或者歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)設(shè)備關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)，主要分為數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)方法，人工智能方法，專(zhuān)家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)法等。從現(xiàn)有研究報(bào)道看來(lái)，齒輪箱故障診斷和預(yù)測(cè)方法近幾年主要的發(fā)展方向更多的是結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的人工智能方法。
來(lái)源：傳動(dòng)在線
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