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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目： 大型風(fēng)力電機(jī)增速箱傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
與運(yùn)動仿真
學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名： 何欣 學(xué) 號： 201313090208
指導(dǎo)老師： 譚加才
2017年 3 月 8 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。
文 獻(xiàn) 綜 述
0 引言
能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，它不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的大氣污染。從全球能源消耗來看， 87%的能源來自化石燃料（包括煤炭、石油和天然氣），6%來自核電，其余的 7%來自可再生能源（主要是水電和風(fēng)力發(fā)電)[1]。隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源將供不應(yīng)求，如果不盡早調(diào)整以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，勢必形成對化石燃料的更大規(guī)模的開采與消耗，從而導(dǎo)致有限化石資源的枯竭。化石燃料的燃燒除了煤炭產(chǎn)生的煙塵之外，還會釋放許多有害氣體。我國燃煤釋放的 SO2占全國總排放量的 85%，CO2占 85%，NOX占 60%，煙塵占 70%。1997 年我國 SO2排放總量為 2346 萬噸。我國酸雨區(qū)域在迅速擴(kuò)大，已超過國土面積的 40%。1995 年酸雨沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失為 1165 億元，占 GNP 的 1.9%[2].而風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源,具有取之不盡、用之不竭、不會對環(huán)境造成污染等無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟、風(fēng)電產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高以及風(fēng)電成本的逐漸降低,風(fēng)電己具備了大規(guī)模開發(fā)的條件[3]。自然界中的風(fēng)能資源極其巨大，據(jù)相關(guān)資料顯示：地球上風(fēng)能總量能達(dá)到13000億千瓦[4]。如果我們能夠充分的利用其百分之一的能源，就可以滿足我們社會能源的需求。
1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)及傳動系統(tǒng)概述
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電力設(shè)備。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機(jī)。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話，還是不如柴油發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長期利用。
風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。[5]
目前世界上應(yīng)用的最多的是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要由風(fēng)力機(jī)、機(jī)械傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙和塔架組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)一般包括低速軸、齒輪增速箱、高速軸和制動器。為了便于捕獲風(fēng)能和適應(yīng)機(jī)組性能控制需要，機(jī)組還必須配置偏航傳動、變槳距傳動以及阻尼、制動等輔助裝置。低速軸的前端與輪轂固連為一體，并通過軸承及軸承座支撐在機(jī)艙底座上；低速軸的后端經(jīng)聯(lián)軸器與齒輪增速箱聯(lián)接；齒輪增速箱輸出軸經(jīng)高速軸及制動器與發(fā)電機(jī)聯(lián)接。
隨著電力技術(shù)的提高，目前出現(xiàn)了低速驅(qū)動的多級同步發(fā)電機(jī)，采用這種發(fā)電機(jī)的機(jī)組可省略齒輪增速箱，形成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的直接驅(qū)動技術(shù)，在風(fēng)電領(lǐng)域內(nèi)得到了重視和發(fā)展，德國直驅(qū)機(jī)組的數(shù)量已超過了 30%[6]，但單機(jī)功率一般不超過 2MW，若進(jìn)一步提高單機(jī)發(fā)電量，不但體積和重量會迅速增加，而且對永磁同步發(fā)電機(jī)提出了更高的技術(shù)要求，既不經(jīng)濟(jì)，也難以實(shí)現(xiàn)。近年來也出現(xiàn)了一種較為折中的結(jié)構(gòu)形式，即采用一級行星齒輪傳動來帶動永磁同步發(fā)電機(jī)，稱為半直驅(qū)傳動方案。這種方案由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不高，因此僅需要實(shí)現(xiàn)增速比不大的要求，一般使用一級行星增速傳動，這種結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)電機(jī)組主要應(yīng)用于海上風(fēng)電場[7][8]。在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，考慮成本、運(yùn)輸、易實(shí)現(xiàn)大型化等因素，采用具有齒輪增速箱的結(jié)構(gòu)形式仍是主流。
2 風(fēng)力電機(jī)增速箱概念、作用及特點(diǎn)
機(jī)械系統(tǒng)的傳動是將動力源或某個(gè)執(zhí)行的速度、力矩傳遞給執(zhí)行件，使得該執(zhí)行件具有某種運(yùn)動和出力的功能，風(fēng)機(jī)增速箱就是傳動裝置。傳動裝置可以分為：機(jī)械傳動裝置，液壓傳動裝置，電氣傳動裝置等。而機(jī)械傳動按其原理分為嚙合傳動與摩擦傳動，具體分為鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動四類[9]。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境以及傳動特點(diǎn)，一般采用的都是齒輪傳動。
齒輪機(jī)構(gòu)用以傳動空間中任意兩軸 之間的運(yùn)動和動力，它具有傳遞功率范圍大、效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作安全可靠性特點(diǎn)，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)。齒輪傳動的方式分為：閉式傳動、半開 式傳動和開 式傳動三種方式[10]。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，一般采用的是閉式傳動以滿足潤滑要求。
增速器是安裝在原動 件和機(jī)構(gòu)之間的獨(dú)立的傳動裝置，用以增加傳速減小相應(yīng)的力矩。增速器是風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組中的重要組件，承擔(dān)著調(diào)速、改變運(yùn)動形式、動力和分配與傳遞等功能。
3 我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
近年來，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，2009年中國新增風(fēng)電裝機(jī)容量為1380.3萬KW，超越美國成為全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國家。2009年中國是全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量僅次于美國的國家，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)2580.5萬KW，2010年，全球每新安裝3臺機(jī)組，就有一臺在中國，當(dāng)年新增風(fēng)電裝機(jī)容量1892.8萬KW，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量為4473,3萬KW，超越美國成為全球新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國家[11]
從全世界來看，風(fēng)力發(fā)電主要發(fā)展趨勢：在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，由于新型材料的運(yùn)用、設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步、控制技術(shù)的改進(jìn)等，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)正朝著結(jié)構(gòu)簡單、容量大、適應(yīng)性好、穩(wěn)定性高、發(fā)電效率高、壽命長、智能化程度高和低成本方向發(fā)展。①單機(jī)容量大型化。為降低風(fēng)力發(fā)電單位造價(jià)及成本，世界各國爭相研制大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)，兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組己成為國際市場上的主流產(chǎn)品;②柔性結(jié)構(gòu)的運(yùn)用。采用柔性葉片和柔性塔架，可降低材料的消耗和最大限度的吸收振動、減輕動載荷、明顯的降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)成本。③變速變槳調(diào)節(jié)會成為世界主流技術(shù)。④風(fēng)力發(fā)電將成為主要替代能源之一。在歐洲，到2006年風(fēng)電發(fā)電量占總發(fā)電量的3%，預(yù)計(jì)到了2020年將會達(dá)到12%，到2030年會達(dá)到30%。所以我們有理由相信在不久，風(fēng)力發(fā)電將成為世界主要的替代能源之一。
參考文獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．開題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施
開 題 報(bào) 告
1、 課題的目的與意義
風(fēng)能是清潔的可再生能源取之不盡用之不竭。在所有新能源、可再生能源利用技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電是技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)發(fā)展前景的方式。發(fā)展風(fēng)電對于改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面有著極其重要的意義。大力發(fā)展風(fēng)電這已經(jīng)成為世界上的共識。
能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和人類生活必需的物質(zhì)保證。我國人口眾多但資源相對缺乏在全面建設(shè)小康社會的進(jìn)程中國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展能源需求將不斷增長我國將面臨嚴(yán)峻的能源供應(yīng)問題。
我國能源面臨最突出的矛盾是國內(nèi)優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足。受國內(nèi)石油資源限制2010年我國石油進(jìn)口量將達(dá)到1.6億噸2020年將增加到2.2億噸3.6億噸。2010年后石油對外依存度將超過50到2020年石油對外依存度將達(dá)到5268。我國天然氣需求增長旺盛進(jìn)口天然氣數(shù)量也將迅速增長。即使按目前預(yù)計(jì)的能源進(jìn)口量2020年仍將有至少2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源缺口如果要減輕我國對石油和天然氣進(jìn)口的依賴2020年的能源缺口將為4億噸5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤可再生能源將作為主要的替代能源之一而風(fēng)力發(fā)電則是可再生能源技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。風(fēng)能是不需要開采、運(yùn)輸、不產(chǎn)生任何污染的清潔可再生能源。而且1臺單機(jī)容量1000千瓦的風(fēng)機(jī)與同容量火電裝機(jī)相比，每年可減排二氧化碳2000噸 、二氧化硫10噸 、二氧化氮6噸。僅2007年, 全球940億瓦風(fēng)機(jī)容量就將減少 二氧化碳排放12200萬噸，相當(dāng)于20個(gè)大型燃煤發(fā)電站的排放量。
我國發(fā)展風(fēng)電的必要性近期體現(xiàn)在以下幾方面
①滿足能源供應(yīng)。
②促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)特別是西部地區(qū)的發(fā)展。
③改善中國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)。
④促進(jìn)風(fēng)機(jī)設(shè)備制造業(yè)的自主開發(fā)能力和參與國際市場競爭能力。
⑤減少溫室氣體排放。
⑥在解決老少邊地區(qū)用電、脫貧致富方面發(fā)揮重大作用。
⑦減少溫室氣體排放。
2、 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望
我國的風(fēng)力發(fā)電始于20世紀(jì)50年代后期，在吉林、遼寧、等省建立了單臺容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電場，但其后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀(jì)70年代中期以后，在世界能源危機(jī)的影響下，特別是在農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地方對電力迫切需求的推動下，我國的一些地區(qū)和部門對風(fēng)力發(fā)電的研究、試點(diǎn)和推廣應(yīng)用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風(fēng)電設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的。直到1986年，在山東榮城建成了我國第一座并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場后，從此并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場建設(shè)進(jìn)入了探索和示范階段，但其特點(diǎn)是規(guī)模和單機(jī)容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風(fēng)電場，總裝機(jī)容量為4.215兆瓦，其最大單機(jī)容量為200千瓦。在此基礎(chǔ)上，風(fēng)力發(fā)電從1991年起開始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國共建成了5座并網(wǎng)型風(fēng)電場，裝機(jī)總?cè)萘繛?6.1兆瓦，最大單機(jī)容量為500千瓦。1996年后，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模的階段，其特點(diǎn)是風(fēng)電場規(guī)模和裝機(jī)容量均較大，最大單機(jī)容量為1500千瓦。據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會最新統(tǒng)計(jì)，2007年中國除臺灣省外新增風(fēng)電機(jī)組3,144 臺。與2006 年相比，2007年當(dāng)年新增裝機(jī)增長率為145.8％，累計(jì)裝機(jī)增長率為126.6％。2008年又新增風(fēng)電裝機(jī)容量630萬千瓦,新增容量位列全球第2,僅次于美國. 截至2008年底總裝機(jī)容量達(dá)到1215.3萬千瓦,同比增長106% ,總裝機(jī)容量超過了印度,位列全球第4,同時(shí)躋身世界風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬千瓦的風(fēng)電大國行列.2007年中國除臺灣省外累計(jì)風(fēng)電機(jī)組6458 臺，裝機(jī)容5890兆瓦。截至2010年底，我國新增風(fēng)電裝機(jī)1600萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到4182.7萬千瓦，均居世界第一，其中3100萬千瓦裝機(jī)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
我國風(fēng)能資源比較豐富。根據(jù)全國第2次風(fēng)能資源普查結(jié)果,中國陸地風(fēng)能離地面10米高度的經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量2.53億千瓦, 離地面50米估計(jì)可能增大一倍。近海資源估計(jì)比陸地上大3倍,10米高經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量約7.5億千瓦,50米高約15億千瓦 。
我國的風(fēng)力資源主要分布在兩大風(fēng)帶: 一是三北地區(qū)(東北、華北和西北地區(qū))。包括東北3省和河北、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、西藏、等省區(qū)近200千米寬的地帶, 可開發(fā)利用的風(fēng)能儲量約2億千瓦, 約占全國可利用儲量的79%。該地區(qū)風(fēng)電場地形平坦, 交通方便, 沒有破壞性風(fēng)速, 是我國連成一片的最大風(fēng)能資源區(qū), 有利于大規(guī)模地開發(fā)風(fēng)電場。二是東部沿海陸地、島嶼及近岸海域。冬春季的冷空氣、夏秋的臺風(fēng), 都能影響到沿海及其島嶼, 是我國風(fēng)能最佳豐富區(qū), 年有效風(fēng)功率密度在200瓦/平方米以上。如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等, 可利用小時(shí)數(shù)約在7000至8000小時(shí)。這一地區(qū)特別是東南沿海,由海岸向內(nèi)陸丘陵連綿, 風(fēng)能豐富地區(qū)僅在距海岸50千米之內(nèi)。另外, 內(nèi)陸地區(qū)還有一些局部風(fēng)能資源豐富區(qū)。
從上述風(fēng)力資源分布情況來看, 中國有相當(dāng)大的地區(qū)有著豐富的風(fēng)能資源, 具有很大的開發(fā)利用價(jià)值, 商業(yè)化、規(guī)模化的潛力很大。
三、課題主要內(nèi)容和要求
1、課題主要內(nèi)容
（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；?
（2）增速箱零部件的建模；
（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的虛擬裝配；
（4）建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的運(yùn)動仿真模型。
2、課題主要要求
（1）.按要求設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算。
（2）.完成齒輪的建模、軸的建模、行星架的建模、軸承的建模、增速箱箱體的建模、增速箱的虛擬裝配。
（3）.完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告及畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的撰寫工作。
四、研究方法、步驟和措施
1、查閱資料，翻譯英文資料
查找設(shè)計(jì)所需的資料，資料的內(nèi)容要有深度，要具有參考意義。
2、熟練掌握設(shè)計(jì)所需的內(nèi)容
復(fù)習(xí)以前所學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)的專業(yè)知識，并熟練的運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去。還要按設(shè)計(jì)所需要求運(yùn)用CAXA2013 NX UG10.0等軟件繪制風(fēng)力電機(jī)增速箱及其零件的三維（二維）模型圖（平面圖）。
3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1）設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動系統(tǒng)；
（2）增速箱各零部件的建模；
（3）完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的虛擬裝配；
（4）建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速箱的運(yùn)動仿真模型。
5、具體設(shè)計(jì)步驟
（1） 宣布設(shè)計(jì)任務(wù)，明確課題任務(wù)及要求，收集、閱讀有關(guān)資料
（2） 調(diào)查研究，分析課題，完成開題報(bào)告
（3） 實(shí)習(xí)
（4） 增速箱傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：a）確定傳動系統(tǒng)方案
b）傳動系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
c）零部件強(qiáng)度校核
（5） 增速箱的建模：a）增速箱零部件建模
b）增速箱虛擬裝配
c）增速箱的運(yùn)動仿真
（6） 整理資料，撰寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說明書
（7） 畢業(yè)答辯