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風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱概述
第一節(jié) 概述
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)重要的機(jī)械部件，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，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，有時(shí)將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動(dòng)軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)連接的結(jié)構(gòu)。為了增加機(jī)組的制動(dòng)能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置，配合葉尖制動(dòng)（定漿距風(fēng)輪）或變漿距制動(dòng)裝置共同對(duì)機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動(dòng)。
由于機(jī)組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的影響，加之所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)非常困難，故對(duì)其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。例如對(duì)構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動(dòng)和沖擊；保證充分的潤(rùn)滑條件，等等。對(duì)冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)和潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行遙控。
不同形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結(jié)構(gòu)也因此而異。在風(fēng)電界水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用固定平行軸齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)最為常見。
如前所述，風(fēng)力發(fā)電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現(xiàn)，皆可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，而狹小的機(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)常常是機(jī)組中的齒輪箱。因此，加強(qiáng)對(duì)齒輪箱的研究，重視對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作顯得尤為重要。
第二節(jié) 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并且重量最輕。通常應(yīng)采用CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)，排定最佳傳動(dòng)方案，選用合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，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，等等。
一、 設(shè)計(jì)載荷
齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件，在運(yùn)行期間同時(shí)承受動(dòng)、靜載荷。其動(dòng)載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動(dòng)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。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷譜是齒輪箱設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。載荷譜可通過實(shí)測(cè)得到，也可以按照J(rèn)B/T10300標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算確定。當(dāng)按照實(shí)測(cè)載荷譜計(jì)算時(shí)，齒輪箱使用系數(shù)KA＝1。當(dāng)無法得到載荷譜時(shí)，對(duì)于三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組取KA=1.3。
二、設(shè)計(jì)要求
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增速箱的設(shè)計(jì)參數(shù)，除另有規(guī)定外，常常采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，即利用計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算，在滿足各種限制條件下求得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。
（一） 效率
齒輪箱的效率可通過功率損失計(jì)算或在試驗(yàn)中實(shí)測(cè)得到。功率損失主要包括齒輪嚙合、軸承摩擦、潤(rùn)滑油飛濺和攪拌損失、風(fēng)阻損失、其它機(jī)件阻尼等。齒輪的效率在不同工況下是不一致的。
風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求齒輪箱的機(jī)械效率應(yīng)大于97%，是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)。
（二） 噪聲級(jí)
風(fēng)力發(fā)電增速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85dB（A）左右。噪聲主要來自各傳動(dòng)件，故應(yīng)采取相應(yīng)降低噪聲的措施：
1. 適當(dāng)提高齒輪精度，進(jìn)行齒形修緣，增加嚙合重合度；
2. 提高軸和軸承的剛度；
3. 合理布置軸系和輪系傳動(dòng)，避免發(fā)生共振；
4. 安裝時(shí)采取必要的減振措施，將齒輪箱的機(jī)械振動(dòng)控制在GB/T8543規(guī)定的C級(jí)之內(nèi)。
（三） 可靠性
按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進(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)行極限強(qiáng)度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析、動(dòng)力學(xué)分析等。分析方法除一般推薦的設(shè)計(jì)計(jì)算方法外，可采用模擬主機(jī)運(yùn)行條件下進(jìn)行零部件試驗(yàn)的方法。
在方案設(shè)計(jì)之初必須進(jìn)行可靠性分析，而在施工設(shè)計(jì)完成后再次進(jìn)行詳細(xì)的可靠性分析計(jì)算，其中包括精心選取可靠性好的結(jié)構(gòu)和對(duì)重要的零部件以及整機(jī)進(jìn)行可靠性估算。
第三節(jié) 齒輪箱的構(gòu)造
一、齒輪箱的類型與特點(diǎn)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的種類很多，按照傳統(tǒng)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(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)齒輪箱；按照轉(zhuǎn)動(dòng)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。常用齒輪箱形式及其特點(diǎn)和應(yīng)用見表.20.1-1。
（表20.1-1 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的主要類型和特點(diǎn)）。
二、齒輪箱圖例
（各種齒輪箱圖例如圖20.1 ～ 20.7 所示）。
第四節(jié) 齒輪箱的主要零部件
箱體結(jié)構(gòu)
箱體是齒輪箱的重要部件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反力，必須具有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動(dòng)質(zhì)量。箱體的設(shè)計(jì)應(yīng)按照風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)的布局安排、加工和裝配條件、便于檢查和維護(hù)等要求來進(jìn)行。應(yīng)注意軸承支承和機(jī)座支承的不同方向的反力及其相對(duì)值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增設(shè)必要的加強(qiáng)筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向相一致。
箱體的應(yīng)力情況十分復(fù)雜且分布不勻，只有采用現(xiàn)代計(jì)算方法，如有限元、斷裂力學(xué)等方法輔以摸擬實(shí)際工況的光彈實(shí)驗(yàn)，才能較為準(zhǔn)確
地計(jì)算出應(yīng)力分布的狀況。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以獲得與實(shí)際應(yīng)力十分接近的結(jié)果。
采用鑄鐵箱體可發(fā)揮其減振性，易于切削加工等特點(diǎn)， 適于批量生產(chǎn)。常用的材料有球墨鑄鐵和其他高強(qiáng)度鑄鐵。用鋁合金或其他輕合金制造的箱體，可使其重量較鑄鐵輕20%~30%， 但從另一角度考慮，輕合金鑄造箱體，降低重量的效果并不顯著。這是因?yàn)檩p合金鑄件的彈性摸量較小，為了提高剛性，設(shè)計(jì)時(shí)常須加大箱體受力部分的橫截面積，在軸承座處加裝鋼制軸承座套，相應(yīng)部位的尺寸和重量都要加大。目前除了較小的風(fēng)電機(jī)組尚用鋁合金箱體外，大型風(fēng)力發(fā)電齒輪箱應(yīng)用輕鋁合金鑄件箱體已不多見。
單件、小批生產(chǎn)時(shí)，常采用焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減小機(jī)械加工過程和使用中的變形，防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)進(jìn)行退火、時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。
為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合情況，在箱體上應(yīng)設(shè)有觀察窗。機(jī)座旁一般設(shè)有連體吊鉤，供起吊整臺(tái)齒輪箱用。
箱體支座的凸緣應(yīng)具有足夠的剛性，尤其是作為支承座的耳孔和搖臂支座孔的結(jié)構(gòu)，其支承剛度要作仔細(xì)的核算。為了減小齒輪箱傳到機(jī)艙機(jī)座的振動(dòng)，齒輪箱可安裝在彈性減振器上。最簡(jiǎn)單的彈性減振器是用高強(qiáng)度橡膠和鋼墊做成的彈性支座塊，合理使用也能取得較好的結(jié)果。
箱蓋上還應(yīng)設(shè)有透氣罩、油標(biāo)或油位指示器。在相應(yīng)部位設(shè)有注油器和放油孔。放油孔周圍應(yīng)留有足夠的放油空間。采用強(qiáng)制潤(rùn)滑和冷卻的齒輪箱，在箱體的合適部位設(shè)置進(jìn)出油口和相關(guān)的液壓件的安裝位置。
齒輪和軸的結(jié)構(gòu)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境非常惡劣，受力情況復(fù)雜，要求所用的材料除了要滿足機(jī)械強(qiáng)度條件外，還應(yīng)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(wěn)定性等等。對(duì)齒輪和軸類零件而言，由于其傳遞動(dòng)力的作用而要求極為嚴(yán)格的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般情況下不推薦采用裝配式拼裝結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，齒輪毛坯只要在鍛造條件允許的范圍內(nèi)，都采用輪輻輪緣整體鍛件的形式。當(dāng)齒輪頂圓直徑在2倍軸徑以下時(shí)，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(nèi)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(yīng)的力學(xué)特征。合理的預(yù)熱處理以及中間和最終熱處理工藝，保證了材料的綜合機(jī)械性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
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)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(dá)到HRC60+/-2，具有良好的抗磨損接觸強(qiáng)度，輪齒心部則具有相對(duì)較低的硬度和較好的韌性，能提高抗彎曲強(qiáng)度，而通常對(duì)齒部的最終加工是采用磨齒工藝。
加工人字齒的時(shí)候，如是整體結(jié)構(gòu)，半人字齒輪之間應(yīng)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(zhǔn)確對(duì)齒，再通過過盈配合套裝在軸上。
齒輪加工中，規(guī)定好加工的工藝基準(zhǔn)非常重要。軸齒輪加工時(shí)，常用頂尖頂緊兩軸端中心孔安裝在機(jī)床上。圓柱齒輪則利用其內(nèi)孔和一個(gè)端面作為工藝基準(zhǔn)，用夾具或通過校準(zhǔn)在機(jī)床上定位。
在一對(duì)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(bǔ)償軸向尺寸變動(dòng)和便于安裝。為減小軸偏斜和傳動(dòng)中彈性變形引起載荷不均勻的影響，應(yīng)在齒形加工時(shí)對(duì)輪齒作修形處理。
齒輪與軸的聯(lián)接
平鍵聯(lián)接 常用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接。
花鍵聯(lián)接 通常這種聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定�；ㄦI聯(lián)接承載能力高，對(duì)中性好，但制造成本高，需用專用刀具加工。
過盈配合聯(lián)接 過盈配合聯(lián)接能使軸和齒輪（或聯(lián)軸節(jié)）具有最好的對(duì)中性，特別是在經(jīng)常出現(xiàn)沖擊載荷情況下，這種聯(lián)接能可靠地工作，在風(fēng)力發(fā)電齒輪箱中得到廣泛的應(yīng)用。利用零件間的過盈配合形成的聯(lián)接，其配合表面為圓柱面或圓錐面（錐度可取1：30~1：8）。圓錐面過盈聯(lián)接多用于載荷較大，需多次裝拆的場(chǎng)合。
脹緊套聯(lián)接 利用軸、孔與錐形彈性套之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力來傳遞動(dòng)力，是一種無鍵聯(lián)接方式，定心性好，裝拆方便，承載能力高，能沿周向和軸向調(diào)節(jié)軸與輪轂的相對(duì)位置，且具有安全保護(hù)作用。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5867-86對(duì)其所推薦的四種脹緊套的結(jié)構(gòu)形式和基本尺寸作了詳細(xì)的規(guī)定。
齒輪箱中的軸按其主動(dòng)和被動(dòng)關(guān)系可分為主動(dòng)軸、從動(dòng)軸和中間軸。首級(jí)主動(dòng)軸和末級(jí)從動(dòng)軸的外伸部分用于安裝半聯(lián)軸器，與風(fēng)輪輪轂或電機(jī)傳動(dòng)軸相連。為了提高可靠性和減小外形尺寸，有時(shí)將半聯(lián)軸器（法蘭）與軸制成一體。
軸上各個(gè)配合部分的軸頸需要進(jìn)行磨削加工。為了減少應(yīng)力集中，對(duì)軸上臺(tái)肩處的過渡圓角、花鍵向較大軸徑過渡部分，均應(yīng)作必要的處理，例如拋光，以提高軸的疲勞強(qiáng)度。在過盈配合處，為減少輪轂邊緣的應(yīng)力集中，壓合處的軸徑應(yīng)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(yīng)可靠，工作載荷應(yīng)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(dòng)，可利用止動(dòng)墊圈、雙螺帽墊圈、鎖止螺釘或串聯(lián)鐵絲等。有時(shí)為了節(jié)省空間，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，也可以用彈簧擋圈代替螺帽和止動(dòng)墊圈，但不能用于軸向負(fù)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(jìn)行調(diào)質(zhì)，而在重要部位作淬火處理。要求較高時(shí)可采用20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi 等優(yōu)質(zhì)低碳合金綱，進(jìn)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(dòng)軸承
齒輪箱的支承中，大量應(yīng)用滾動(dòng)軸承，其特點(diǎn)是靜摩擦力矩和動(dòng)摩擦力矩都很小，即使載荷和速度在很寬范圍內(nèi)變化
時(shí)也如此。滾動(dòng)軸承的安裝和使用都很方便，但是，當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速接近極限轉(zhuǎn)速時(shí)，軸承的承載能力和壽命急劇下件下降，高速工作時(shí)的噪音和振動(dòng)比較大。齒輪傳動(dòng)時(shí)軸和軸承的變形會(huì)引起齒輪和軸承內(nèi)外圈軸線的偏斜，使輪齒上載荷分布不均勻，會(huì)降低傳動(dòng)件的承載能力。由于載荷不均勻性而使輪齒經(jīng)常發(fā)生斷齒的現(xiàn)象，在許多情況下又是由于軸承的質(zhì)量和其他因素，如劇烈的過載而引起的。選用軸承時(shí)，不僅要根據(jù)載荷的性質(zhì)，還應(yīng)根據(jù)部件的結(jié)構(gòu)要求來確定。相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如DIN281，或者軸承制造商的的樣本，都有整套的計(jì)算程序和方法可供參考。
計(jì)算的使用壽命應(yīng)不小于13萬(wàn)小時(shí)。在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)都正常的情況下，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于套圈與滾動(dòng)體的接觸表面經(jīng)受交變負(fù)荷的反復(fù)作用而產(chǎn)生疲勞剝落。疲勞剝落若發(fā)生在壽命期限之外，則屬于滾動(dòng)軸承的正常損壞。因此，一般所說的軸承壽命指的是軸承的疲勞壽命。一批軸承的疲勞壽命總是分散的，但總是服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因而軸承壽命總是與損壞概率或可靠性相聯(lián)系。
第五節(jié) 齒輪箱的使用及其維護(hù)
在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱是重要的部件之一，必須正確使用和維護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命。
齒輪箱主動(dòng)軸與葉片輪轂的連接必須可靠緊固。輸出軸若直接與電機(jī)聯(lián)接時(shí)，應(yīng)采用合適的聯(lián)軸器，最好是彈性聯(lián)軸器，并串接起保護(hù)作用的安全裝置。齒輪箱軸線與相聯(lián)接部分的軸線應(yīng)保證同心，其誤差不得大于所選用聯(lián)軸器的允許值。
齒輪箱安裝后用人工盤動(dòng)應(yīng)靈活，無卡滯現(xiàn)象，齒面接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到技術(shù)條件的要求。按照說明書的要求加注規(guī)定的機(jī)油達(dá)到油標(biāo)刻度線，并在正式使用之前空載運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)可以利用電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱，經(jīng)檢查齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無沖擊振動(dòng)和異常噪音，潤(rùn)滑情況良好，且各處密封和結(jié)合面不漏油，才能與機(jī)組一起投入試運(yùn)轉(zhuǎn)。
加載試驗(yàn)應(yīng)分階段進(jìn)行，分別以額定載荷的25%、50%、75%、100%加載，每一階段運(yùn)轉(zhuǎn)以平衡油溫為主，一般不得小于2小時(shí)，最高油溫不得超過80゜C，其不同軸承間的溫差不得高于15゜C。
齒輪箱的潤(rùn)滑
齒輪箱的潤(rùn)滑十分重要，良好的潤(rùn)滑能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用。為此，必須高度重視齒輪箱的潤(rùn)滑問題，嚴(yán)格按照規(guī)范保持潤(rùn)滑系統(tǒng)長(zhǎng)期處于最佳狀態(tài)。齒輪箱常采用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)制潤(rùn)滑，一般以強(qiáng)制潤(rùn)滑為多見。因此，配備可靠的潤(rùn)滑系統(tǒng)尤為重要。電動(dòng)齒輪泵從油箱將油液經(jīng)濾油器輸送到齒輪箱的潤(rùn)滑管路，對(duì)各部分的齒輪和傳動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑，管路上裝有各種監(jiān)控裝置，確保齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中不會(huì)出現(xiàn)斷油。
在齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)前先啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵，待各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)都得到潤(rùn)滑后，間隔一段時(shí)間方可啟動(dòng)齒輪箱。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，例如小于10゜C，須先接通電熱器加機(jī)油，達(dá)到預(yù)定溫度后才投入運(yùn)行。若油溫高于 設(shè)定溫度，如65゜C時(shí)，機(jī)組控制系統(tǒng)將使?jié)櫥瓦M(jìn)入系統(tǒng)的冷卻管路，經(jīng)冷卻器冷卻降溫后再進(jìn)入齒輪箱。管路中還裝有壓力控制器和油位控制器，以監(jiān)控潤(rùn)滑油的正常供應(yīng)。如發(fā)生故障。監(jiān)控系統(tǒng)將立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使操作者能迅速判定故障并加以排除。
對(duì)潤(rùn)滑油的要求應(yīng)考慮：1）減小摩擦和磨損，具有高的承載能力，防止膠合；2）吸收沖擊和振動(dòng)；3）防止疲勞點(diǎn)蝕；4）冷卻，防銹，抗腐蝕。不同類型的傳動(dòng)有不同的要求。風(fēng)力發(fā)電齒輪箱屬于閉式齒輪傳動(dòng)類型，其主要的失效形式是膠合與點(diǎn)蝕，故在選擇潤(rùn)滑油時(shí)，重點(diǎn)是保證有足夠的油膜厚度和邊界膜強(qiáng)度。因?yàn)樵谳^大的溫差下工作，要求粘度指數(shù)相對(duì)較高。為提高齒輪的承載能力和抗沖擊能力，適當(dāng)?shù)靥砑右恍O壓添加劑也有必要，但添加劑有一些副作用，在選擇時(shí)必須慎重。齒輪箱制造廠一般根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)研究推薦各種不同的潤(rùn)滑油，例如MOBIL632，MOBIL630或L-CKC320，L-CKC220 GB5903-95齒輪油就是根據(jù)齒面接觸應(yīng)力和使用環(huán)境條件選用的。
在齒輪箱運(yùn)行期間，要定期檢查運(yùn)行狀況，看看運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)；有無振動(dòng)或異常噪音；各處連接和管路有無滲漏，接頭有無松動(dòng)；油溫是否正常。定期更換潤(rùn)滑油，第一次換油應(yīng)在首次投入運(yùn)行500小時(shí)后進(jìn)行，以后的換油周期為每運(yùn)行5，000-10，000小時(shí)。在運(yùn)行過程中也要注意箱體內(nèi)油質(zhì)的變化情況，定期取樣化驗(yàn)，若油質(zhì)發(fā)生變化，氧化生成物過多并超過一定比例時(shí)，就應(yīng)及時(shí)更換。
齒輪箱應(yīng)每半年檢修一次，備件應(yīng)按照正規(guī)圖紙制造，更換新備件后的齒輪箱，其齒輪嚙合情況應(yīng)符合技術(shù)條件的規(guī)定，并經(jīng)過試運(yùn)轉(zhuǎn)與負(fù)荷試驗(yàn)后再正式使用。
第六節(jié) 齒輪箱常見故障及預(yù)防措施
齒輪箱的常見故障有齒輪損傷、軸承損壞、斷軸和滲漏油、油溫高等。
一、 齒輪損傷
齒輪損傷的影響因素很多，包括選材、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工、熱處理、安裝調(diào)試、潤(rùn)滑和使用維護(hù)等。常見的齒輪損傷有齒面損傷和輪齒折斷兩類。
（一） 輪齒折斷（斷齒）
斷齒常由細(xì)微裂紋逐步擴(kuò)展而成。根據(jù)裂紋擴(kuò)展的情況和斷齒原因，斷齒可分為過載折斷（包括沖擊折斷）、疲勞折斷以及隨機(jī)斷裂等。
過載折斷總是由于作用在輪齒上的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展，常見的原因有突然沖擊超載、軸承損壞、軸彎曲或較大硬物擠入嚙合區(qū)等。斷齒斷口有呈放射狀花樣的裂紋擴(kuò)展區(qū)，有時(shí) 斷口處有平整的塑性變形，斷口副�？善春稀Ｗ屑�(xì)檢查可看到材質(zhì)的缺陷，齒面精度太差，輪齒根部未作精細(xì)處理等。在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取必要的措施，充分考慮預(yù)防過載因素。安裝時(shí)防止箱體變形，防止硬質(zhì)異物進(jìn)入箱體內(nèi)等等。
疲勞折斷發(fā)生的根本原因是輪齒在過高的交變應(yīng)力重復(fù)作用下，從危險(xiǎn)截面（如齒根）的疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使輪齒剩余截面上的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力，造成瞬時(shí)折斷。在疲勞折斷的發(fā)源處，是貝狀紋擴(kuò)展的出發(fā)點(diǎn)并向外輻射。產(chǎn)生的原因是設(shè)計(jì)載荷估計(jì)不足，材料選用不當(dāng)，齒輪精度過低，熱處理裂紋，磨削燒傷，齒根應(yīng)力集中等等。故在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮傳動(dòng)的動(dòng)載荷譜，優(yōu)選齒輪參數(shù)，正確選用材料和齒
輪精度，充分保證加工精度消除應(yīng)力集中集中因素等等。
隨機(jī)斷裂的原因通常是材料缺陷，點(diǎn)蝕、剝落或其他應(yīng)力集中造成的局部應(yīng)力過大，或較大的硬質(zhì)異物落入嚙合區(qū)引起。
（二） 齒面疲勞
齒面疲勞是在過大的接觸剪應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)作用下，輪齒表面或其表層下面產(chǎn)生疲勞裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展而造成的齒面損傷，其表現(xiàn)形式有早期點(diǎn)蝕、破壞性點(diǎn)蝕、齒面剝落、和表面壓碎等。特別是破壞性點(diǎn)蝕，常在齒輪嚙合線部位出現(xiàn)，并且不斷擴(kuò)展，使齒面嚴(yán)重?fù)p傷，磨損加大，最終導(dǎo)致斷齒失效。正確進(jìn)行齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)，選擇好材質(zhì)，保證熱處理質(zhì)量，選擇合適的精度配合，提高安裝精度，改善潤(rùn)滑條件等，是解決齒面疲勞的根本措施。
（三） 膠合
膠合是相嚙合齒面在嚙合處的邊界膜受到破壞，導(dǎo)致接觸齒面金屬融焊而撕落齒面上的金屬的現(xiàn)象，很可能是由于潤(rùn)滑條件不好或有干涉引起，適當(dāng)改善潤(rùn)滑條件和及時(shí)排除干涉起因,調(diào)整傳動(dòng)件的參數(shù)，清除局部載荷集中，可減輕或消除膠合現(xiàn)象。
二、 軸承損壞
軸承是齒輪箱中最為重要的零件，其失效常常會(huì)引起齒輪箱災(zāi)難性的破壞。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，套圈與滾動(dòng)體表面之間經(jīng)受交變負(fù)荷的反復(fù)作用，由于安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)等方面的原因，而產(chǎn)生點(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等缺陷，使軸承失效，從而使齒輪副和箱體產(chǎn)生損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在影響軸承失效的眾多因素中，屬于安裝方面的原因占16%，屬于污染方面的原因也占16%，而屬于潤(rùn)滑和疲勞方面的原因各占34%。使用中70%以上的軸承達(dá)不到預(yù)定壽命。因而，重視軸承的設(shè)計(jì)選型，充分保證潤(rùn)滑條件，按照規(guī)范進(jìn)行安裝調(diào)試，加強(qiáng)對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)控是非常必要的。通常在齒輪箱上設(shè)置了軸承溫控報(bào)警點(diǎn)，對(duì)軸承異常高溫現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控，同一箱體上不同軸承之間的溫差一般也不超過15゜C，要隨時(shí)隨地檢查潤(rùn)滑油的變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停機(jī)處理。
三、 斷軸
斷軸也是齒輪箱常見的重大故障之一。究其原因是軸在制造中沒有消除應(yīng)力集中因素，在過載或交變應(yīng)力的作用下，超出了材料的疲勞極限所致。因而對(duì)軸上易產(chǎn)生的應(yīng)力集中因素要給予高度重視，特別是在不同軸徑過渡區(qū)要有圓滑的圓弧連接，此處的光潔度要求較高，也不允許有切削刀具刃尖的痕跡。設(shè)計(jì)時(shí)，軸的強(qiáng)度應(yīng)足夠，軸上的鍵槽、花鍵等結(jié)構(gòu)也不能過分降低軸的強(qiáng)度。保證相關(guān)零件的剛度，防止軸的變形，也是提高軸的可靠性的相應(yīng)措施。
四、 油溫高
齒輪箱油溫最高不應(yīng)超過80゜C，不同軸承間的溫差不得超過15゜C。一般的齒輪箱都設(shè)置有冷卻器和加熱器，當(dāng)油溫底于10゜C時(shí)，加熱器會(huì)自動(dòng)對(duì)油池進(jìn)行加熱；當(dāng)油溫高于65゜C時(shí)，油路會(huì)自動(dòng)進(jìn)入冷卻器管路，經(jīng)冷卻降溫后再進(jìn)入潤(rùn)滑油路。如齒輪箱出現(xiàn)異常高溫現(xiàn)象，則要仔細(xì)觀察，判斷發(fā)生故障的原因。首先要檢查潤(rùn)滑油供應(yīng)是否充分，特別是在各主要潤(rùn)滑點(diǎn)處，必須要有足夠的油液潤(rùn)滑和冷卻。再次要檢查各傳動(dòng)零部件有無卡滯現(xiàn)象。還要檢查機(jī)組的振動(dòng)情況，前后連接有否松動(dòng)等等。
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