3 垂直轴风力机的齿轮箱
3.1 风力发电机整体结构
图3.1 风力机结构组成
风力发电机组可分为无齿轮箱驱动的直联式和齿轮箱驱动式两种。目前，齿轮箱驱动型有一定的成本优势，仍是固际上采用的主流结构型式。齿轮箱驱动式风力发电机组的具体结构如图3.1所示．齿轮箱布置在叶轮和发电机之间，它将叶轮受风力作用旋转而产生的动力传递给发电机发电，同时将叶轮输入的根低的转速转变为满足发电机所需的转速。
3.2齿轮箱
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件。由于叶尖切向速度的限制，风轮的运转速度较低，远达不到发电机发电时转速的要求，例如，一般大型风力机（直径大于100m）的转速为15r/min或更低，直径8m的风轮转速也就是200r/min左右。因此，必须要在风轮与发电机之间连接一个齿轮箱，通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现发电机所需的工作转速，故也将齿轮箱称为增速箱。
相对于其他工业齿轮箱，风电齿轮箱的设计条件比较苛刻，同时也是机组的主要故障源之一，其基本设计特点表现在：
（1）传动条件 风电齿轮箱属于大传动比、大功率的增速传动装置，且需要承受多变的风载荷作用及其他冲击载荷；由于文护不便，对其运行可靠性和使用寿命的要求较高，通常要求设计寿命不少于20年；设计过程往往难以确定准确的设计载荷，而结构设计与载荷谱的匹配问题在很大程度上也是导致其故障的重要诱因。
（2）运行条件与环境 风电齿轮箱常年运行于酷暑、严寒等极端自然环境条件，因此，对构件材料要求低温状态下炕冷脆性等特征。由于风电机组长期处于自动控制的运行状态，需要考虑对齿轮传动装置的充分润滑条件及其监测，并具备适宜的加热与冷却措施，以保证润滑系统的正常工作。
（3）设计与安装条件 鉴于齿轮箱的体积和重量对风电机组其他部件的载荷、成本等的影响，减小其设计结构和减轻重量显得尤为重要。但结构尺寸与可靠性方面的矛盾，往往使风电齿轮箱设计陷入两难境地。同时，随着机组单机功率的不断增大，对齿轮箱设计形成很大的压力。
（4）其他 一般需要在齿轮箱的输入端（或输出端）设置机械制动装置，配合风轮的气动制动实现对机组的制动功能。但制动产生的载荷对传动系统会产生不良影响，应考虑防止冲击和振动措施，设置合理的传动轴系和齿轮箱体支撑。其中，齿轮箱与主机架间一般不采用刚性连接，以降低齿轮箱产生的振动和噪声。
鉴于以上特点，风电齿轮箱的总体设计目标很明确，即在满足传动效率、可靠性和工作寿命要求的前提下，以最小体积和重量为目标，获得优化的传动方案。齿轮箱的结构设计过程，应在传递功率和空间限制为前提，尽量选择简单、可靠、文修方便的结构方案，同时正确处理刚性与结构紧凑性等方面的问题。
图3.2所示为典型风电机组齿轮箱外观结构
图3.2 风电机组典型风沦陷的外观图
3.3常用齿轮箱形式及其特点和应用
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴齿轮组成混合轮系的传动方案。图3.3所示为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行星齿轮传动，可使功率分流，同时合理应用了内啮合。后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提高传动效率。
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