IEC 61400-4:2025
(Main)Wind energy generation systems - Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
Wind energy generation systems - Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
IEC 61400-4:2025 is applicable to enclosed speed increasing gearboxes for horizontal axis wind turbine drivetrains with a power rating in excess of 500 kW. This document applies to newly designed gearboxes for wind turbines installed onshore or offshore. The technical requirements given in this document are not intended for repaired or refurbished gearboxes, or for the extension of the service life beyond the design life. This document provides requirements and guidance on the analysis of the wind turbine loads in relation to the design of the gear and gearbox elements. The gearing elements covered by this document include such gears as spur, helical or double helical and their combinations in parallel and epicyclic arrangements in the main power path. This document does not apply to power take off (PTO) gears.
This document includes requirements, design recommendations, and rating of gearboxes with rolling bearings, plain bearings, or combinations of both bearing types. This document is supported by two Technical Reports: IEC TR 61400‑4‑2 provides additional information on lubrication of wind turbine drivetrains and IEC TR 61400‑4‑3 contains explanatory notes and supportive information to the requirements specified in this document.
It is published as a double logo standard.
This second edition cancels and replaces the first edition published in 2012. This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition:
- extension of the scope to wind turbines above 2 MW reference power;
- considerations for converging differing approaches to reliability in gear, bearing and wind turbine standards;
- new clause on wind turbine loads specific to drivetrains;
- revised clause on verification and validation;
- new clause on design requirements for plain bearings;
- revised and expanded design considerations for rolling bearings;
- revised clause on considerations and requirements in the design and analysis of gearbox structural elements;
- updated considerations and requirements on lubricants and lubrication systems;
- removal of requirements for documenting the compliance of a design with the requirements of the document in favour of reference to IECRE OD‑501‑2.
Systèmes de génération d'énergie éolienne - Partie 4: Exigences de conception des boîtes de vitesses des éoliennes
L’IEC 61400-4:2025 s’applique aux boîtes de vitesses sous carter pour trains d’entraînement d’éolienne à axe horizontal dont la puissance nominale dépasse 500 kW. Le présent document s’applique aux boîtes de vitesses de conception nouvelle pour les éoliennes installées sur terre et en mer. Les exigences techniques indiquées dans le présent document ne sont pas destinées aux boîtes de vitesses réparées ou remises à neuf ni à la prolongation de la durée de vie en service au-delà de la durée de vie théorique.
Le présent document fournit des exigences et des recommandations sur l’analyse des charges d’éolienne en tenant compte de la conception des éléments d’engrenage et de boîte de vitesses. Les éléments d’engrènement couverts par le présent document comprennent les engrenages à dentures droite, hélicoïdale simple ou double et leurs combinaisons dans des configurations parallèles et épicycloïdales dans le trajet de puissance principal. Le présent document ne s’applique pas aux engrenages de prise de force (PTO - power take-off).
Le présent document comprend les exigences, les recommandations de conception et l’étalonnage des boîtes de vitesses équipées de paliers à roulement, de paliers lisses ou d’une combinaison de ces deux types de paliers. Le présent document est étayé par deux rapports techniques: L’IEC TR 61400‑4‑2 fournit des informations supplémentaires sur la lubrification des trains d’entraînement des éoliennes et l’IEC TR 61400‑4‑3 contient des notes explicatives, ainsi que des informations complémentaires aux exigences spécifiées dans le présent document.
Elle est publiée comme norme double logo.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition parue en 2012. Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition précédente:
a) l’extension du domaine d’application aux éoliennes dont la puissance de référence est supérieure à 2 MW;
b) des considérations pour la convergence de différentes approches en matière de fiabilité dans les normes relatives aux engrenages, paliers et éoliennes;
c) un nouvel article concernant les charges des éoliennes, spécifiques aux trains d’entraînement;
d) un article révisé concernant la vérification et la validation;
e) un nouvel article concernant les exigences de conception des paliers lisses;
f) des considérations de conception révisées et étendues pour les paliers à roulement;
g) un article révisé concernant les considérations et les exigences en matière de conception et d’analyse des éléments structurels d’une boîte de vitesses;
h) des considérations et exigences mises à jour concernant les lubrifiants et les systèmes de lubrification;
i) la suppression des exigences relatives à la documentation de la conformité d’une conception aux exigences du document au profit d’une référence à la norme IECRE OD‑501‑2.
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IEC 61400-4
Edition 2.0 2025-04
INTERNATIONAL
STANDARD
Wind energy generation systems –
Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
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IEC 61400-4
Edition 2.0 2025-04
INTERNATIONAL
STANDARD
Wind energy generation systems –
Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
ICS 27.180 ISBN 978-2-8327-0225-3
– 2 – IEC 61400-4:2025 © IEC 2025
CONTENTS
FOREWORD . 6
INTRODUCTION . 8
1 Scope . 9
2 Normative references . 10
3 Terms, definitions, abbreviated terms, units and conventions . 13
3.1 Terms and definitions . 13
3.2 Abbreviated terms and units. 15
3.3 Conventions . 18
3.3.1 Shaft designations – examples for typical wind turbine gearbox
architecture . 18
4 Design process . 20
4.1 General . 20
4.2 Gearbox type . 21
4.3 Design life, service life, and reliability . 22
4.4 Component class and consequence of failure . 22
4.5 Design process . 22
5 Gearbox interfaces and loads . 25
5.1 General . 25
5.2 Interfaces . 25
5.3 Loads. 25
5.4 Drivetrain dynamics . 26
5.4.1 General . 26
5.4.2 Model requirements . 26
5.4.3 Required analyses . 27
5.4.4 Evaluation of excitability . 28
5.4.5 Verification of dynamic behaviour in system environment . 28
6 Design and rating requirements . 29
6.1 Gears. 29
6.1.1 Reliability considerations . 29
6.1.2 Calculation of gear load capacity . 29
6.1.3 Load factors . 33
6.1.4 Materials . 35
6.1.5 Accuracy . 35
6.1.6 Manufacturing . 35
6.2 Rolling bearings . 36
6.2.1 Reliability considerations . 36
6.2.2 Bearing selection . 39
6.2.3 Materials . 40
6.2.4 Interface requirements . 40
6.2.5 Design considerations . 41
6.2.6 Bearing lubrication . 43
6.2.7 Rating calculations . 44
6.3 Plain bearings . 47
6.3.1 Reliability considerations . 47
6.3.2 Design load cases and associated risks . 47
6.3.3 Interface requirements . 49
6.3.4 Shaft and housing fits . 50
6.3.5 Hydrodynamic lubrication regime . 50
6.3.6 Lubricant regime analysis . 51
6.3.7 Bearing requirements . 51
6.4 Shafts, keys, housing joints, splines, and fasteners . 52
6.4.1 Shafts . 52
6.4.2 Shaft-hub connections . 53
6.4.3 Shaft seals . 53
6.4.4 Fasteners . 53
6.4.5 Bolted joints. 54
6.4.6 Circlips . 55
6.5 Structural elements . 55
6.5.1 General . 55
6.5.2 Interfaces, boundary conditions, and loads . 56
6.6 Lubrication . 56
6.6.1 General . 56
6.6.2 Lubricant performance characteristics . 56
6.6.3 Lubricant viscosity . 56
6.6.4 Method of lubrication and cooling . 57
6.6.5 Quantity of lubricant in the lubrication system . 57
6.6.6 Operating temperatures . 58
6.6.7 Temperature control . 58
6.6.8 Lubricant condition monitoring . 59
6.6.9 Lubricant filtration . 59
6.6.10 Ports. 60
6.6.11 Lubricant level indicator . 60
6.6.12 Magnetic plugs . 60
6.6.13 Breather port . 60
6.6.14 Flow sensor . 61
7 Design verification and design validation . 61
7.1 General . 61
7.2 Design verification and validation plan . 61
7.3 Failure mode categorization . 61
7.4 Verification methods . 62
7.4.1 General . 62
7.4.2 Testing . 62
7.4.3 Similarity . 64
7.4.4 Simulation . 65
7.5 Verification and validation matrix . 65
8 Manufacturing and quality assurance . 69
8.1 General . 69
8.2 Quality plan . 69
8.2.1 General . 69
8.2.2 Surface temper inspection of gears after grinding . 69
8.2.3 Surface roughness inspection . 69
8.3 Critical processes . 69
8.4 Statistical process control . 69
8.5 Factory acceptance testing . 70
8.5.1 Test objectives . 70
– 4 – IEC 61400-4:2025 © IEC 2025
8.5.2 Acceptance test plan . 70
8.5.3 Factory test
...
IEC 61400-4
Edition 2.0 2025-04
NORME
INTERNATIONALE
Systèmes de génération d'énergie éolienne –
Partie 4: Exigences de conception des boîtes de vitesses des éoliennes
ICS 27.180 ISBN 978-2-8327-0599-5
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– 96 – IEC 61400-4:2025 © IEC 2025
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 100
INTRODUCTION . 102
1 Domaine d’application. 103
2 Références normatives . 104
3 Termes, définitions, abréviations, unités et conventions . 107
3.1 Termes et définitions . 107
3.2 Symboles, abréviations et unités . 110
3.3 Conventions . 113
3.3.1 Désignations des arbres – exemples d’une architecture type de boîte de
vitesses d’éolienne . 113
4 Processus de conception . 115
4.1 Généralités . 115
4.2 Type de boîte de vitesses . 115
4.3 Durée de vie théorique, durée de vie en service et fiabilité . 116
4.4 Classe de composants et conséquence d’une défaillance . 117
4.5 Processus de conception . 117
5 Interfaces et charges des boîtes de vitesses . 121
5.1 Généralités . 121
5.2 Interfaces . 121
5.3 Charges . 121
5.4 Dynamique de train d’entraînement . 122
5.4.1 Généralités . 122
5.4.2 Exigences relatives au modèle . 122
5.4.3 Analyses exigées . 123
5.4.4 Évaluation de l’excitabilité . 124
5.4.5 Vérification du comportement dynamique dans l’environnement du
système . 125
6 Exigences en matière de conception et d’évaluation . 125
6.1 Engrenages . 125
6.1.1 Considérations de fiabilité . 125
6.1.2 Calcul de la capacité de charge des engrenages . 126
6.1.3 Facteurs de charge . 130
6.1.4 Matériaux . 132
6.1.5 Exactitude . 133
6.1.6 Fabrication . 133
6.2 Paliers à roulement . 134
6.2.1 Considérations de fiabilité . 134
6.2.2 Sélection des paliers . 137
6.2.3 Matériaux . 139
6.2.4 Exigences en matière d’interface . 139
6.2.5 Considérations de conception . 140
6.2.6 Lubrification des paliers . 142
6.2.7 Calculs d’évaluation . 144
6.3 Paliers lisses. 147
6.3.1 Considérations de fiabilité . 147
6.3.2 Cas de charge de conception et risques associés . 147
6.3.3 Exigences en matière d’interface . 149
6.3.4 Assemblages de l’arbre et du carter . 150
6.3.5 Régime de lubrification hydrodynamique . 150
6.3.6 Analyse du régime de lubrifiant . 151
6.3.7 Exigences relatives aux paliers . 151
6.4 Arbres, clavettes, joints de carter, cannelures et fixations . 153
6.4.1 Arbres . 153
6.4.2 Raccordements arbre-moyeu . 153
6.4.3 Joints d’étanchéité des arbres . 154
6.4.4 Fermetures . 154
6.4.5 Assemblages boulonnés . 155
6.4.6 Circlips . 156
6.5 Éléments structurels . 157
6.5.1 Généralités . 157
6.5.2 Interfaces, conditions aux limites et charges . 157
6.6 Lubrification . 157
6.6.1 Généralités . 157
6.6.2 Caractéristiques de performance des lubrifiants . 157
6.6.3 Viscosité du lubrifiant . 158
6.6.4 Méthode de lubrification et de refroidissement . 158
6.6.5 Quantité de lubrifiant dans le système de lubrification . 159
6.6.6 Températures de fonctionnement . 159
6.6.7 Régulation en température . 159
6.6.8 Surveillance de l’état du lubrifiant . 160
6.6.9 Filtration du lubrifiant . 161
6.6.10 Ports . 161
6.6.11 Indicateur de niveau de lubrifiant . 162
6.6.12 Bouchons magnétiques . 162
6.6.13 Orifice de reniflard . 162
6.6.14 Capteur de flux . 162
7 Vérification de la conception et validation de la conception . 163
7.1 Généralités . 163
7.2 Plan de vérification et de validation de la conception . 163
7.3 Catégorisation des modes de défaillance . 163
7.4 Méthodes de vérification. 164
7.4.1 Généralités . 164
7.4.2 Méthodes d’essai . 164
7.4.3 Similitude . 167
7.4.4 Simulation . 167
7.5 Matrice de vérification et de validation . 167
8 Fabrication et assurance qualité . 172
8.1 Généralités . 172
8.2 Plan qualité . 172
8.2.1 Généralités . 172
8.2.2 Inspection de l’état de surface des engrenages après rectification . 172
8.2.3 Inspection de la rugosité de surface . 172
8.3 Processus critiques . 172
8.4 Contrôle statistique des processus . 173
8.5 Recette en usine . 173
8.5.1 Objectifs des essais . 173
– 98 – IEC 61400-4:2025 © IEC 2025
8.5.2 Plan d’essai de réception . 173
8.5.3 Séquences d’essais en usine . 173
8.5.4 Mesurages de réception . 174
8.6 Composants non conformes . 175
8.6.1 Généralités . 175
8.6.2 Entailles de rectification . 175
9 Conception pour l’entretien et l’exploitation .
...
IEC 61400-4
Edition 2.0 2025-04
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
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Wind energy generation systems -
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– 2 – IEC 61400-4:2025 © IEC 2025
CONTENTS
FOREWORD . 6
INTRODUCTION . 8
1 Scope . 9
2 Normative references. 10
3 Terms, definitions, abbreviated terms, units and conventions . 13
3.1 Terms and definitions . 13
3.2 Abbreviated terms and units . 15
3.3 Conventions . 18
3.3.1 Shaft designations – examples for typical wind turbine gearbox
architecture . 18
4 Design process . 20
4.1 General . 20
4.2 Gearbox type . 21
4.3 Design life, service life, and reliability . 22
4.4 Component class and consequence of failure . 22
4.5 Design process . 22
5 Gearbox interfaces and loads . 25
5.1 General . 25
5.2 Interfaces . 25
5.3 Loads . 25
5.4 Drivetrain dynamics . 26
5.4.1 General . 26
5.4.2 Model requirements . 26
5.4.3 Required analyses . 27
5.4.4 Evaluation of excitability . 28
5.4.5 Verification of dynamic behaviour in system environment . 28
6 Design and rating requirements . 29
6.1 Gears . 29
6.1.1 Reliability considerations . 29
6.1.2 Calculation of gear load capacity . 29
6.1.3 Load factors . 33
6.1.4 Materials . 35
6.1.5 Accuracy . 35
6.1.6 Manufacturing . 35
6.2 Rolling bearings . 36
6.2.1 Reliability considerations . 36
6.2.2 Bearing selection . 39
6.2.3 Materials . 40
6.2.4 Interface requirements . 40
6.2.5 Design considerations . 41
6.2.6 Bearing lubrication . 43
6.2.7 Rating calculations . 44
6.3 Plain bearings . 47
6.3.1 Reliability considerations . 47
6.3.2 Design load cases and associated risks . 47
6.3.3 Interface requirements . 49
6.3.4 Shaft and housing fits . 50
6.3.5 Hydrodynamic lubrication regime . 50
6.3.6 Lubricant regime analysis . 51
6.3.7 Bearing requirements . 51
6.4 Shafts, keys, housing joints, splines, and fasteners . 52
6.4.1 Shafts . 52
6.4.2 Shaft-hub connections . 53
6.4.3 Shaft seals . 53
6.4.4 Fasteners . 53
6.4.5 Bolted joints . 54
6.4.6 Circlips . 55
6.5 Structural elements . 55
6.5.1 General . 55
6.5.2 Interfaces, boundary conditions, and loads . 56
6.6 Lubrication . 56
6.6.1 General . 56
6.6.2 Lubricant performance characteristics . 56
6.6.3 Lubricant viscosity . 56
6.6.4 Method of lubrication and cooling . 57
6.6.5 Quantity of lubricant in the lubrication system . 57
6.6.6 Operating temperatures. 58
6.6.7 Temperature control . 58
6.6.8 Lubricant condition monitoring . 59
6.6.9 Lubricant filtration . 59
6.6.10 Ports . 60
6.6.11 Lubricant level indicator . 60
6.6.12 Magnetic plugs . 60
6.6.13 Breather port. 60
6.6.14 Flow sensor . 61
7 Design verification and design validation . 61
7.1 General . 61
7.2 Design verification and validation plan . 61
7.3 Failure mode categorization . 61
7.4 Verification methods .
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