实体装配模型 图4-6 一桨叶变距传动示意图
图4-7 桨距局部传动设计图
其机构的三维图形为：
轮毂： 推力轴承：
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4.2.3 桨距机构的动态仿真与分析
风机的变桨距系统中涉及的要素很多，最主要的要求是在驱动机构的作用下，桨距角按预定的精确位置关系进行变化。为了验证所设计变桨机构的运动状态和运动的准确性，给电作动筒伸缩杆施加一正弦的往复运动(图4-9)，得出桨距角运动变化曲线如图4-10所示。 700 600 500
4.3 偏航系统
偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分。它的功能有两个：一是要控制风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
风力机偏航的原理是通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机
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构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。
风力机发电机组的偏航系统是否动作，受到风向信号的影响，而偏航系统及其部件的运行工况和受力情况也受到地形状况影响。本章主要阐述偏航控制系统的功能、原 理、以及影响偏航系统工作的一些确定的和不确定的因素。
4.3.1 偏航系统的工作原理
偏航系统的原理框图如图4-11 所示，工作原理为：通过风传感器将风向的变化传递到偏航电机控制回路的处理器里，判断后决定偏航方向和偏航角度，最终达到对风目的。为减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。当对风结束后，风传感器失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。
+ 风向信号 - 偏航计数 风轮轴风向 检测元件 偏航控制器 放大器 偏航机构 风力机 图4-11 偏航系统硬件设计框图
4.3.1 偏航控制系统的功能
偏航控制系统主要具备以下几个功能： （1）风向标控制的自动偏航；
（2）人工偏航，按其优先级别由高到低依次为：顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航；
（3）风向标控制的90°侧风； （4）自动解缆；
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4.4 偏航传动系统设计
4.4.1 偏航操作装置概述
偏航系统是水平轴风电机组的重要组成部分。根据风向的变化，偏航操作装置按系统控制单元发出的指令，使风轮处于迎风状态，同时还应提供必要的锁紧力矩，以保证风电机组的安全运行和停机状态的需要。
偏航操作装置主要由偏航轴承、传动、驱动与制动等功能部件或机构组成。偏航系统要求的运行速度较低，且机构设计所允许的安装空间、承受的载荷更大，因而有更多 的技术解决方案可供选择。图4-15所示是一种采用滑动轴承支撑的主动偏航装置装配设计方案，以下结合此种方案讨论相关的结构设计问题。
4.4.2 偏航驱动机构
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图4-17 变桨距风力机控制系统
图4-17显示了一个变桨距风力机控制系统中的各组成部分，偏航驱动机构包括偏航轴承，偏航驱动装置和偏航制动器。
1.偏航驱动部件
如图4-18所示，采用电力拖动的偏航驱动部件一般由电动机、大速比减速器和开始齿轮传动副组成，通过法兰连接安装在主机架上。
（1） 设计要求
若不考虑电动机的选型问题，驱动部件的设计任务主要与大速比减速器有关。由于设计空间有限，驱动部件一般选用转速较高的电动机，以尽可能减小设计结构的体积。但由于偏航驱动所要求的输出转速又很低，必须采用紧凑型的大速比减速器，以满足偏航执行机构的要求。表1所示为一种偏航减速器产品的设计技术指标。
表1 某风电机组偏航减速器技术指标 额定输入功率 0.53kW 使用寿命 额定输入转速 695r/min 噪声（声压级） 额定输出转速 0.437r/min 额定转矩（含残余液压制动转矩） 减速比 1590 重量 约160kg 10N·m ?85dB 20年 根据实际要求，偏航减速器可选择立式或其他形式安装，采用多级行星轮系传动，以实现大速比、紧凑型传动的要求。
偏航减速器多采用硬齿面啮合设计，齿轮传动设计可参照附录A的有关介绍并依据前面给出的相关标准进行。对齿轮传动精度方面的要求，一般外啮合为6级、内啮合为7级。减速器中主要传动构件，可采用低碳合金钢材料，如17CrNiMo6、42CrMoA等制造，齿面热处理状态一般为渗碳淬硬（一般硬度大于HRC58）。
对于减速器齿轮等构件的疲劳强度设计，表面接触载荷安全系数SH>0.8~0.9，弯曲强度安全系数SF>2。
（2）偏航减速器结构设计中需注意的问题
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