2419 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì),垂直,風(fēng)力發(fā)電機(jī),設(shè)計(jì) 附表 4：寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū)所在學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 08 機(jī)自 3 班學(xué)生姓名 辜衛(wèi)辰 學(xué)號(hào) 08141010308 指導(dǎo)教師 張薇薇題 目 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求： 主要任務(wù)與目標(biāo)：1、翻譯 2 篇與課程相關(guān)的最新英文文獻(xiàn)，文獻(xiàn)翻譯要求在 2000 字以上；2、查閱和整理文獻(xiàn)并提交一篇反映課題內(nèi)容的文獻(xiàn)綜述，文獻(xiàn)綜述在 3000 字以上；3、獨(dú)立完成垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)軸的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)） ，提交一份開(kāi)題報(bào)告。4、按照開(kāi)題報(bào)告的進(jìn)度計(jì)劃，獨(dú)立進(jìn)行垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，結(jié)合相關(guān)參考資料的經(jīng)驗(yàn)公式與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（即論文正文） ，論文正文不少于6000 字。研究途徑與方法：1、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，通過(guò)查閱相關(guān)資料，溫習(xí)相關(guān)制圖軟件，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)；2、查閱風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)資料，確定垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案，結(jié)合專業(yè)課程制定畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，搭建論文正文主體框架，進(jìn)行 3D 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的重要數(shù)據(jù)，繪制 2D 總圖、主要零件圖，匯整豐富說(shuō)明書(shū)內(nèi)容，最后對(duì)格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，檢索并翻譯外文資料，按論文指導(dǎo)手冊(cè)的要求完成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部?jī)?nèi)容。推薦資料、參考文獻(xiàn)：[1]張錦光,胡業(yè)發(fā),王念先.小型低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁軸承的設(shè)計(jì)與分析[J]，機(jī)械制造，2010,48（5）：20-22.[2]許開(kāi)國(guó). 永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的研究與設(shè)計(jì)[M]武漢：武漢理工大學(xué)，2008.[3]王輝.一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J],機(jī)械與電子，2010（21）：611-612.[4]M. Popescu, M.V. Cistelecan, L. Melcescu. Low Speed Directly Driven permanent Magnet Synchronous Generators for Wind Energy Applications[J],Restrictions apply,2007(13):784-788.[5]M. Cistelecan, B. Cosan, M. Popescu, “Tooth concentrated fractional windings for low speed three phase a.c. machines”, accepted paper to be presented at ICEM’06, Chania, Greece, Sept. 2006.[6]李俊峰,施鵬飛,高虎.中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告 2010[M]，漢南出版社，2010.[7]李惠光,張廣路,周巧等. 垂直軸磁懸浮風(fēng)電懸浮系統(tǒng)的模糊滑模控制[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2010（10）：136-140.[8]張兆強(qiáng). MW 級(jí)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)[M].上海：上海交通大學(xué),2007.[9]楊德志,羅德榮,白雪峰等. 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬試驗(yàn)平臺(tái)的研究 [J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2010(11）：318-321.[10] 肖林京,李鵬,高峰. 磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011（06）：109-111.設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率 1KW；2、額定轉(zhuǎn)速 600r/min；3、設(shè)計(jì)圖樣全部用計(jì)算機(jī)繪制，符合最新制圖標(biāo)準(zhǔn)；投影正確，表達(dá)完整，布局合理；注明模具最大外形尺寸；4、設(shè)計(jì)推導(dǎo)簡(jiǎn)明扼要；計(jì)算正確可靠。注意事項(xiàng)：1、零件圖需要有圖框、零件尺寸標(biāo)注需規(guī)范并符合制圖標(biāo)準(zhǔn)；2、要求 2D 圖總量折合為 2 張 A0 圖的量以上；3、最終稿 2D 圖需轉(zhuǎn)成 PDF 形式保薦并提交電子文檔；4、英文翻譯需注明原文出處，并附上 PDF 格式原文。二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃1、結(jié)合任務(wù)書(shū)擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)完成計(jì)劃，并完成開(kāi)題報(bào)告；2、檢索并翻譯最新英文文獻(xiàn)；3、確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行 3D 造型設(shè)計(jì)；4、進(jìn)行分析計(jì)算；5、將 3D 圖轉(zhuǎn)化為 2D-CAD 圖，總圖設(shè)計(jì)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)，包含零件序號(hào)及零件明細(xì)表等；6、拆畫(huà)零件圖；7、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)；8、查閱、整理、完善文獻(xiàn)并撰寫(xiě)一篇反映課題內(nèi)容的文獻(xiàn)綜述，不少于 3000 字；9、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文匯編的所有資料的格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；10、對(duì)全部電子資料進(jìn)行匯整、打包，并以學(xué)號(hào)長(zhǎng)號(hào)命名提交為指導(dǎo)老師；11、經(jīng)老師指導(dǎo)。修正不當(dāng)之處，將經(jīng)老師確認(rèn)的終稿打印，整理并按時(shí)上交。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：2011 年 6 月 20 日至 2011 年 11 月 30 日計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2011 年 12 月 日三、專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：審批人（簽字）：工作任務(wù)與工作量要求：原則上查閱文獻(xiàn)資料不少于 12 篇，其中外文資料不少于 2 篇；文獻(xiàn)綜述不少于 3000 字；文獻(xiàn)翻譯不少于 2000 字；畢業(yè)論文 1 篇不少于 8000 字，理工科類論文或設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于 6000 字（同時(shí)提交有關(guān)圖紙和附件） ，外語(yǔ)類專業(yè)論文不少于相當(dāng) 6000 漢字。 提交相關(guān)圖紙、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)研報(bào)告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》 。備注：學(xué)生一人一題，指導(dǎo)教師對(duì)每一名學(xué)生下達(dá)一份《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)》 。1垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)目錄摘要 ....................................................................ⅠABSTRACT ...............................................................Ⅱ第一章 概述 ...........................................................11.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)概況 ....................................................11.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究現(xiàn)狀 ............................................11.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制情況 .....................................11.2.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制情況 ....................................21.3 研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)的目的和意義 .......................................41.4 我國(guó)的風(fēng)能資源及其分布 ...........................................5第二章 風(fēng)力機(jī)理論 ....................................................82.1 基本公式 ........................................................82.1.1 風(fēng)能利用系數(shù) ................................................82.1.2 風(fēng)壓強(qiáng) ......................................................82.1.3 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率 ......................................82.2 工作風(fēng)速與輸出功率 ..............................................92.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率 .........................................92.2.2 工作風(fēng)速與輸出功率 ............................................92.2.3 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定 .....................................102.3 風(fēng)能利用與氣象 ..................................................122.3.1 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義 .....................................122.3.2 風(fēng)能利用中需要的氣象調(diào)查 .....................................132.4 風(fēng)的觀測(cè) ........................................................13第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................143.1 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì) ....................................143.2 風(fēng)葉 ............................................................143.3 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算 ..........................................143.3.1 設(shè)計(jì)要求 .....................................................153.3.2 選加速器類型 .................................................163.3.3 確定行星輪數(shù)和齒數(shù) ............................................163.3.4 壓力角( )的選擇 ..............................................16?3.3.5 齒寬系數(shù)的選擇 ................................................173.3.6 模數(shù)選擇 ......................................................173.3.7 預(yù)設(shè)嚙合角 ....................................................173.3.8 太陽(yáng)輪與行星輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ..................................173.3.9 行星輪與內(nèi)齒輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ..................................183.3.10 行星排各零件轉(zhuǎn)速及扭矩的計(jì)算 ..................................183.3.11 行星排上各零件受力分析及計(jì)算 ..................................193.3.12 行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核計(jì)算 ....................................2023.4 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................243.4.1 選型 ..........................................................243.4.2 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性 ....................................243.4.3 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ..............................................243.4.4 離合器的外徑 ..............................................243.4.5 離合器牙間的壓緊力 ...........................................243.4.6 線圈槽高度 ...................................................243.4.7 磁軛底部厚度 ................................................253.4.8 銜鐵厚度 ...................................................254 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................... ........25結(jié)束語(yǔ) ......................................... .... ..............33致謝 .....................................................................34參考文獻(xiàn) ..........................................................353第一章 概述1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)概況隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展, 風(fēng)力發(fā)電迅猛發(fā)展。以機(jī)組大型化 (50kW～ 2MW )、集中安裝和控制為特點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)(也稱風(fēng)力田、風(fēng)田) 成為主要的發(fā)展方向。20 年來(lái), 世界上已有近30 個(gè)國(guó)家開(kāi)發(fā)建設(shè)了風(fēng)電場(chǎng) (是前期總數(shù)的3 倍) , 風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量約1400 萬(wàn)kW (是前期總數(shù)的100 倍)。目前, 德國(guó)、美國(guó)、丹麥以及亞洲的印度位居風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量前列, 且未來(lái)計(jì)劃投資有增無(wú)減。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)2010 年風(fēng)電至少達(dá)到國(guó)內(nèi)電力消耗的10%。歐盟5 國(guó)要在2000～ 2002 年達(dá)到本國(guó)總發(fā)電量的10%左右, 丹麥甚至計(jì)劃2030 年要達(dá)到40%。中國(guó)是一個(gè)風(fēng)力資源豐富的國(guó)家, 風(fēng)力發(fā)電潛力巨大。據(jù) 1998 年統(tǒng)計(jì), 風(fēng)力風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)22.36萬(wàn)kW , 僅占全國(guó)電網(wǎng)發(fā)電總裝機(jī)的0.081% , 相對(duì)于可開(kāi)發(fā)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)率僅為0.088%。中國(guó)第一座風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)于1986 年在山東榮成落成, 總裝機(jī)較小, 為3×55kW。到1993 年我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量達(dá)17.1MW , 1999 年底, 我國(guó)共建了24 個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng), 總裝機(jī)268MW。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)主要分布在風(fēng)能資源比較豐富的東南沿海、西北、東北和華北地區(qū), 其中風(fēng)電裝機(jī)容量最多的是已達(dá)72.35kW。在未來(lái)2～ 3 年內(nèi), 我國(guó)計(jì)劃新增風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量將在800MW 以上, 并且將會(huì)出現(xiàn)300～ 400MW 的特大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。1.2 研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)的目的和意義中國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，能源利用以煤炭為主。在當(dāng)前以石化能源為主體的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占73.8%，石油占18.6%，天然氣占2%，其余為水電等其它資源。在電力的能源消費(fèi)中，也是以煤炭為主，燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的80%。但是，能為人類所用的石化資源是有限的，據(jù)第二屆環(huán)太平洋煤炭會(huì)議資料介紹，按目前的技術(shù)水平和采掘速度計(jì)算，全球煤炭資源還可開(kāi)采200年。此外，石油探明儲(chǔ)量預(yù)測(cè)僅能開(kāi)采34年，天然氣約能開(kāi)采60年。隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源供需矛盾加劇，如果不趁早調(diào)整以石化能源4為主體的能源結(jié)構(gòu)，勢(shì)必形成對(duì)數(shù)億年來(lái)地球積累的生物石化遺產(chǎn)更大規(guī)模的挖掘、消耗，由此將導(dǎo)致有限的石化能源趨于枯竭，人類生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的惡性循環(huán)，不利于經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。電力部己制定“大力發(fā)展水電，繼續(xù)發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，積極發(fā)展新能源發(fā)電”的基本原則，把風(fēng)力發(fā)電作為優(yōu)化我國(guó)電力工業(yè)結(jié)構(gòu)跨世紀(jì)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。八屆人大四次會(huì)議批準(zhǔn)的我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“九五”計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中提出“積極發(fā)展風(fēng)能、海陽(yáng)能、地?zé)崮艿刃履茉窗l(fā)電”的指導(dǎo)方針，為我國(guó)發(fā)展多能互補(bǔ)的能源結(jié)構(gòu)新格局起到了指導(dǎo)和促進(jìn)作用。風(fēng)能是對(duì)人類生存環(huán)境影響最小的能源。除此之外，風(fēng)能資源非常豐富，取之不盡，用之不竭。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太陽(yáng)向地球輻射的巨大能量中，約有1%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。這些能量相當(dāng)于全球每年消耗的煤、石油等化石燃料能量的總和，可見(jiàn)風(fēng)能的潛力是非常大的。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電規(guī)模也不斷擴(kuò)大，美國(guó)加州由數(shù)家風(fēng)能公司提供給電網(wǎng)的電量，足以供應(yīng)舊金山這樣的大城市的居民需求。我國(guó)風(fēng)電事業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，已有16萬(wàn)臺(tái)微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)用于邊遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)、海島，初步解決了地處邊遠(yuǎn)，居住分散，電網(wǎng)難以到達(dá)地區(qū)的居民用電問(wèn)題。同時(shí)也遏制了微型汽油發(fā)電機(jī)的發(fā)展，在節(jié)約石化燃料的同時(shí)，避免了各種有害氣體的排放。國(guó)家“九五”新能源發(fā)展計(jì)劃提出， “九五”期間全國(guó)風(fēng)力發(fā)電的總裝機(jī)容燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文量要突破40萬(wàn)千瓦。為此，國(guó)家從宏觀規(guī)劃角度出發(fā)，制定了“乘風(fēng)計(jì)劃” ，面向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。 “乘風(fēng)計(jì)劃”不僅會(huì)大大促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)減排有害污染物，促進(jìn)環(huán)境的改善有著重要意義。風(fēng)力發(fā)電近幾年發(fā)展如此之快，是因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，成本低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整個(gè)設(shè)備成本不足功率相當(dāng)?shù)幕鹆Πl(fā)電，水力發(fā)電和核電站成本的1/4，在二、三年內(nèi)就可以收回全產(chǎn)投資；2.節(jié)省燃料和運(yùn)輸費(fèi)用。在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，風(fēng)力是取之不盡，用之不竭的，可就地建立風(fēng)力發(fā)電站，就地用電，這樣就可以節(jié)省大量的輸電設(shè)備和能源。許多燃料是十分重要的化學(xué)原料，把它白白的燃掉是十分可惜的。我國(guó)資源并不十分豐富，充分利用風(fēng)力資源意義就更重大了；3.利用風(fēng)力可以減少對(duì)大氣的污染，保護(hù)我們?nèi)祟愘囈陨娴淖匀画h(huán)境。化學(xué)燃料不斷向大氣中排放對(duì)生物有害物質(zhì)，嚴(yán)5重的威脅人們健康，而風(fēng)力能源則沒(méi)有任何影響人類健康的有害物質(zhì)。由于它是清潔能源，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，又由于我們國(guó)家地形復(fù)雜，人口又多，居住分散，對(duì)于電網(wǎng)涉及不到的地區(qū)，特殊行業(yè)，可以補(bǔ)充大電網(wǎng)的缺陷，起到拾遺補(bǔ)缺的作用，可以利用小型風(fēng)機(jī)風(fēng)力發(fā)電的地方主要有：(l)航運(yùn)系統(tǒng)我們有長(zhǎng)江等水系幾條大河流，如長(zhǎng)江航運(yùn)中的拖船，一般在100一200噸，經(jīng)常被擱置在江中間的錨地上，用電主要靠蓄電池。使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池補(bǔ)充充電效果很好，這方面有成功的經(jīng)驗(yàn)。但是，由于國(guó)有運(yùn)輸企業(yè)的不景氣，影響了市場(chǎng)。另外，我們大小河流湖泊上的船舶數(shù)量驚人，用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)解決它們的照明、收視電視、聽(tīng)廣播，有很重要的意義和市場(chǎng)。(2)森林防火高山觀察站據(jù)林業(yè)部防火指揮部介紹，東北約有400個(gè)觀察站，西南也有幾百個(gè)高山觀察站，各省市都有一些森林高山防火觀察站，站上的工作人員，在防火期從10月到第二年4、5月期間晝夜在站上值勤，解決他們的照明及聽(tīng)廣播、看電視頗為費(fèi)神。由于山高、道路狹窄歧嶇、運(yùn)輸困難，又不能使用明火，使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以基本解決觀察站的照明及娛樂(lè)用電。90年代初，個(gè)別觀察站曾使用過(guò)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的某些技術(shù)問(wèn)題及使用人員的素質(zhì)因素，沒(méi)有得到推廣。(3)無(wú)人值守的差轉(zhuǎn)臺(tái)和微波站。(4)東南沿海各孤立的島嶼。(5)圍網(wǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)。(6)農(nóng)牧區(qū)。(7)國(guó)際市場(chǎng)。第二章 風(fēng)力機(jī)理論2.1 基本公式2.1.1 風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸收的能量大小程度用風(fēng)能利用系數(shù) 表示。橫截面pC積為s( )的氣流的動(dòng)能為2m62.1.2 風(fēng)壓強(qiáng)如圖2-1a，根據(jù)伯努力方程，風(fēng)中物體受到的風(fēng)壓Q為2.1.3 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率建立簡(jiǎn)單的理想模型，一個(gè)平板在風(fēng)的氣動(dòng)壓力作用下沿著風(fēng)速方向運(yùn)動(dòng)，如圖2-lb，并規(guī)定平板上游一定距離上的風(fēng)速為 ，平板的運(yùn)動(dòng)速度為v，那fV么平板吸收的功率可以表示為圖2-1 平板模型7對(duì)給定的上游風(fēng)速玲，可以寫(xiě)出以平板的運(yùn)動(dòng)速度V為函數(shù)的功率變化關(guān)系式，對(duì)v進(jìn)行微分得從上式中可以看出，阻力式風(fēng)力機(jī)的效率是比較低的，提高效率的唯一辦法是設(shè)法提高風(fēng)的阻力系數(shù)C。2.2 工作風(fēng)速與輸出功率2.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率最理想的風(fēng)力機(jī)也不可能吸收全部的風(fēng)能，而只能吸收部分風(fēng)能。如上一節(jié)推導(dǎo)的那樣，有一個(gè)最大風(fēng)能利用系數(shù) 。但是，風(fēng)力機(jī)在制做過(guò)程中，pmaxC由于受到各種條件的限制，做不到完全理想的形狀。因此實(shí)際的風(fēng)力機(jī)和理想的風(fēng)力機(jī)之間也有差異。實(shí)際風(fēng)力機(jī)吸收的功率與理想風(fēng)力機(jī)吸收的功率的比值叫做風(fēng)力機(jī)的效率。用 表示。另外還有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率甲 和發(fā)電機(jī)的效1?2?率 等，所以實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的效率，可以表示為3?82.2.2 工作風(fēng)速與輸出功率風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了克服其內(nèi)部的摩擦阻力而需要一定的力矩。這一最低力矩值叫做風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)力矩。啟動(dòng)力矩主要與風(fēng)力機(jī)本身的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力有關(guān)·因此風(fēng)力機(jī)有一最低工作風(fēng)速稱 ，只有風(fēng)速大于 時(shí)風(fēng)力機(jī)才fminVfminV能工作。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)某一值的時(shí)候，基于安全上的考慮(主要是塔架和槳葉強(qiáng)度)，風(fēng)力機(jī)應(yīng)該停止運(yùn)轉(zhuǎn)，所以每一臺(tái)風(fēng)力機(jī)都規(guī)定有最高風(fēng)速 ，最高風(fēng)速fmax與風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度有關(guān)，是設(shè)計(jì)時(shí)給定的參數(shù)。fminV最小風(fēng)速稱 ，和最大風(fēng)速 之間的風(fēng)速叫做風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，相fminfmaxV應(yīng)于工作風(fēng)速風(fēng)力機(jī)有功率輸出。當(dāng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率達(dá)到標(biāo)稱功率時(shí)的工作風(fēng)速叫做該風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速。2.2.3 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定如何根據(jù)風(fēng)能資源來(lái)選用風(fēng)力機(jī)，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)最佳，確定起動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速是關(guān)鍵。2.2.3.1 雙參數(shù)威布爾分布 風(fēng)能就是流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能。單位時(shí)間通過(guò)垂直于空氣流的單位面積的空氣流所具有的動(dòng)能叫風(fēng)能密度，設(shè) 為空氣密度，v為?風(fēng)速，則風(fēng)能密度p=0.5 ， 隨v的立方增大，變化非?？?，故知道風(fēng)速的3?變化情況是利用風(fēng)能的先決條件。風(fēng)速V是隨機(jī)變量，經(jīng)研究專家們多認(rèn)為用雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)擬合風(fēng)速頻率分布最好腳。威布爾分布函數(shù)形如下式其中K為形狀參數(shù)，無(wú)量綱，C為尺度參數(shù)，量綱為m 。不同地區(qū)，不同1s?時(shí)期參數(shù)K、C是不同的，可根據(jù)某地連續(xù)30年的風(fēng)資料算出該地的K、C參數(shù)，威布爾分布函數(shù)曲線見(jiàn)圖2-2。參數(shù)K、C影響曲線形狀，K大C大曲線陡峻，峰右移，反之亦然。9圖2-2 威布爾分布函數(shù)曲線上式滿足2.2.3.2 起動(dòng)風(fēng)速 啟動(dòng)風(fēng)速為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪由靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小風(fēng)速:風(fēng)力機(jī)分水平軸和垂直軸兩大類，每一類又有多種形式，同一形式還有若干種規(guī)格，只有科學(xué)地選擇適合當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的風(fēng)力機(jī)，才能以較少的投資獲取較多的風(fēng)能。根據(jù)國(guó)內(nèi)外100多種風(fēng)力機(jī)，起動(dòng)風(fēng)速的范圍是2m ，至6m ，這一范圍1s?1s?能滿足風(fēng)能豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)的不同需要。雙參數(shù)威布爾分布函數(shù)曲線峰值對(duì)應(yīng)的凡就是起動(dòng)風(fēng)速(圖2-2)。對(duì)上式求10一階導(dǎo)數(shù)且令其等于O有解得證明氣是出現(xiàn)概率最大的風(fēng)速。使用起動(dòng)力風(fēng)速大于上式計(jì)算的氣的風(fēng)力機(jī)會(huì)損失小風(fēng)速這一區(qū)段的風(fēng)能，使用起動(dòng)風(fēng)速小于上式計(jì)算的咋的風(fēng)力機(jī)是否更好呢?表面看低風(fēng)速的風(fēng)能得到更多的利用，深入研究可知在之氣的較高風(fēng)速區(qū)風(fēng)能利用率下降，總體上是得不償失，故選用盡可能接近上式結(jié)果的風(fēng)力機(jī)最為理想。2.2.3.3 額定風(fēng)速 額定風(fēng)速的選定直接影響風(fēng)能利用系統(tǒng)整體的效率和經(jīng)濟(jì)性，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。己知風(fēng)能密度p=12 ，對(duì)一臺(tái)效率為 ，槳葉半徑為廠的風(fēng)力機(jī)，輸出3v??功率w(V)的威布爾分布函數(shù)為w(V)峰值對(duì)應(yīng)之風(fēng)速 應(yīng)是額定風(fēng)速，此時(shí)風(fēng)力機(jī)提取的風(fēng)能最多。pv令2.2.3.4 風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系 風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出11功率與風(fēng)能的關(guān)系可以簡(jiǎn)單地如圖2一3來(lái)表示(注:圖中縱坐標(biāo)表示輸出功率，單位為:w/ ;橫坐標(biāo)表示風(fēng)能，單位為:m/s)2mA一理論風(fēng)能曲線B一扣除空氣動(dòng)力損失后的風(fēng)力機(jī)吸收的功率C一計(jì)算傳動(dòng)損失和機(jī)械能轉(zhuǎn)換損失后的功率曲線D一發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率曲線圖2一3 功率與風(fēng)速的關(guān)系2.3 風(fēng)能利用與氣象2.3.1 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義在前面已經(jīng)講述過(guò)，風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比。所以，當(dāng)風(fēng)速測(cè)量有10%的誤差時(shí)，風(fēng)力機(jī)輸出功率的誤差將擴(kuò)大到33%。在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中，輸出功率出現(xiàn)30%以上的誤差，將帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。風(fēng)速隨時(shí)間變化很大，而且地區(qū)性差異也很大，正確把握風(fēng)況并不是一件容易的事情。所以在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)劃中，對(duì)風(fēng)的觀測(cè)非常受重視。2.3.2 風(fēng)能利用中需要的氣象調(diào)查在風(fēng)能利用中，需要進(jìn)行四項(xiàng)氣象調(diào)查:(l)風(fēng)能密度調(diào)查 結(jié)合風(fēng)能的地區(qū)分布和可設(shè)立風(fēng)力機(jī)地區(qū)面積的調(diào)查，在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)可利用的風(fēng)能量進(jìn)行估算。(2)選定適合地點(diǎn) 在一年中，對(duì)通過(guò)強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)所的調(diào)查。(3)風(fēng)速的頻率分布調(diào)查 在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中，為了估算平均出力和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)12間等量，必須了解風(fēng)力機(jī)軸高處的風(fēng)況。(4)為了風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和安全系數(shù)的氣象調(diào)查 異常的強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)的概率、風(fēng)的不定向性以及突風(fēng)程度，冰暴、鹽害等的調(diào)查。2.4 風(fēng)的觀測(cè)風(fēng)的觀測(cè)，因其目的不同而有各自的特點(diǎn)。對(duì)于風(fēng)能利用，通過(guò)對(duì)風(fēng)的觀測(cè)，可以估算出該地區(qū)可利用的風(fēng)能大小，為風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)和性能研究以及開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性等提供條件。風(fēng)速的測(cè)量包括風(fēng)向和風(fēng)速的測(cè)量。因?yàn)轱L(fēng)速隨時(shí)間變化很大，而且變化不定，所以測(cè)量時(shí)取一定時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速大小的平均值和最長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)向。我國(guó)現(xiàn)行的風(fēng)速觀測(cè)有兩種方法:一種是每日定時(shí)4次兩分鐘平均風(fēng)速觀測(cè);一種是一日24次自記10分鐘平均風(fēng)速觀測(cè)。實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，前一種方法的誤差比較大，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中采用后一種測(cè)量方法得到的數(shù)據(jù)。第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)現(xiàn)在，各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家均大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，雖然太陽(yáng)能一直是新能源商業(yè)化的首選，因?yàn)樘?yáng)能的設(shè)置地點(diǎn)較靈活，不會(huì)產(chǎn)生噪音，可以和建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。但是風(fēng)力發(fā)電較太陽(yáng)能而言，它的成本優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速要求較高，發(fā)電噪音也很大，所以只能將風(fēng)力發(fā)電機(jī)放在人跡罕至的地方或風(fēng)力較大的地方。設(shè)備也是往大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展，專門(mén)建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，這樣，小型風(fēng)力發(fā)電在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里未得到較好的發(fā)展。所以，如何使風(fēng)力發(fā)電和建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，降低小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪音，使其安裝在建筑周圍而不影響人的生活質(zhì)量，已成為各個(gè)國(guó)家研究的焦點(diǎn)！我設(shè)計(jì)的是一種新型的立式垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)機(jī)葉輪、立柱、橫梁、變速機(jī)構(gòu)、離合裝置和發(fā)電機(jī)組成。如下圖所示：13漿 葉 固定架變速箱星形齒輪加速器電磁離合器 發(fā)電機(jī)整流器 蓄電池 逆變器 負(fù) 載圖 3-1 小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)框圖該小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理為：在風(fēng)的吹動(dòng)下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，使空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。通過(guò)增速系統(tǒng)和離合器使轉(zhuǎn)矩和扭矩傳遞到風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸上，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，從而使永磁三相發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過(guò)控制器的整流，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，并向蓄電池進(jìn)行充電。從蓄電池組輸出的直流電，通過(guò)逆變器后變成了 220 伏的交流電，供給用戶的家用電器。該新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)為：1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率 1KW；142、額定轉(zhuǎn)速 600r/min；該新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：１． 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單２． 易維護(hù)３． 運(yùn)行平穩(wěn)安全４． 抗強(qiáng)風(fēng)能力強(qiáng)５． 操作簡(jiǎn)單６． 價(jià)格低廉3.2 風(fēng)葉采用帆翼式風(fēng)葉，帆翼式是英國(guó)發(fā)展的一種立軸帆翼式風(fēng)力機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能較高。帆翼的形狀如下圖所示。由于其制造簡(jiǎn)單，成本低，性能好，所以適于推廣使用。圖 3-2 帆翼式3.3 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)壽命 5 年，單班，一年 360 天，中等傳動(dòng)，傳動(dòng)逆轉(zhuǎn)，齒輪對(duì)稱布置，不允許點(diǎn)蝕，無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，閉式傳動(dòng)。齒輪精度 8-7-7，齒輪材料:1520CrNiMoH，碳氮共滲處理，硬度為 Hv740 以上。軸材料:20NiCrMoH 或20CrMnMo。齒圈材料:42CrMo，氮化處理，硬度為 Hv40O 以上。3.3.2 選加速器類型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是安裝在樓頂或屋頂上的，所以盡量選擇體積小、重量輕、性能穩(wěn)定的設(shè)備。在選擇行星齒輪時(shí)，我選擇 NGW 型星形齒輪加速器，因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)的齒輪傳動(dòng)效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳遞功率范圍大，軸向尺寸小，可用于各種工作條件的特點(diǎn)。輸入軸輸出軸RSCP圖 3-3 NGW 型行星齒輪加速器3.3.3 確定行星輪數(shù)和齒數(shù)在行星齒輪加速器中選擇行星輪數(shù)： =3wN通過(guò)查表法確定了齒輪的齒數(shù)（機(jī)械手冊(cè)）：總傳動(dòng)比 i =5.4太陽(yáng)輪齒數(shù) =20sZ內(nèi)齒輪齒數(shù) =88r行星輪齒數(shù) =34P163.3.4 壓力角( )的選擇?我們國(guó)家和許多國(guó)家都把齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角規(guī)定為 ，因此，本次設(shè)計(jì)的20?變速箱采用 壓力角，以提高加工刀具的通用性。20?3.3.5 齒寬系數(shù)的選擇對(duì)于硬齒面齒輪的齒寬系數(shù)應(yīng)小于軟齒面的齒寬系數(shù)。一般情況下，硬齒面值齒輪可取 3 所以 = = =1eN?610sNpRY取 =380MlimF?aPl. 相對(duì)齒根的圓角敏感系數(shù) STYrelT?查表得 太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈的敏感系數(shù)均為 =1relTY?m. 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù) RrelTY查表得 =0.9RrelTn.應(yīng)力修正系數(shù) =2So.齒輪的彎曲疲勞極限 ,limF?由公式 =,limF?liNSTXRrellTY?=460 1 2 1 1 0.9=828（M ）,lis?aP=322 1 2 1 1 0.9=579.6（M ）,limFp22=380 1 2 1 1 0.9=684（M ）,limFR??aP安全系數(shù) S= = =2.32s,liFsS8356.7= = =1.57P,limFC?9.= = =1.87RS,liF6843.按具有高可靠性要求取最小安全系數(shù) =1.5 從而可看出：limFS〉 〉 〉sSminFPSinFRin所以彎曲強(qiáng)度校核通過(guò)。（2） 接觸疲勞強(qiáng)度校核a. 接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù) HK?太陽(yáng)輪與行星輪嚙合時(shí)總重合度 1.47 查表得 =1.2???Hk?齒圈與行星輪嚙合時(shí)的總重合度 1.583 查表得 =1.2??b.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) HZ計(jì)算 = 2,1cosbtg??得 =2.3186HZc.彈性系數(shù) ?可由公式 =?43??得太陽(yáng)輪與行星輪嚙合時(shí) = =0.918Z?41.73?齒圈與行星輪嚙合時(shí) = =0.8975?.5823d.接觸疲勞強(qiáng)度極限 limH?太陽(yáng)輪與行星輪是合金鋼滲碳處理， 取 1500MlimH?aP齒圈是合金鋼氮化處理， 取 1200MlimHae.壽命系數(shù) NZ=60rnt>5 所以 = = =1e?710NsZpNRf.潤(rùn)膜影響系數(shù) 太陽(yáng)輪和行星輪為 8 級(jí)精度，齒圈為 9 級(jí)精度，選用LVR=115 /s 的礦物油，則查表得：太陽(yáng)輪和行星輪為 =0.9，齒圈為40v2mLVRZ=0.8LVRZg.齒面工作硬化系數(shù) =1wZh.尺寸系數(shù) =1xi.齒輪的接觸疲勞極限 ,limH?由公式 =,limH?liNZLVRWX=1500 1 0.9 1 1=1350M,liS?aP=1500 1 0.9 1 1=1350M,limHp=1500 1 0.8 1 1=9600M,liR?aj.安全系數(shù) S= = =1.05s,limHs3501286.= = =1.05pS,lipc?.= = =1.47R,limHB96051.按具有高可靠性要求取最小安全系數(shù) =1.0 從而看出齒輪滿足使用要求。limHS243.4 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 選型為滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境的需要，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中我選擇牙嵌式電磁離合器，因?yàn)檠狼妒诫姶烹x合器有外形尺寸小，傳遞轉(zhuǎn)矩大，無(wú)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，無(wú)摩擦發(fā)熱，無(wú)磨損，不需調(diào)節(jié)，傳動(dòng)比恒定無(wú)滑差，使用壽命長(zhǎng)，脫開(kāi)快，干、濕兩用的特點(diǎn)。 （電源為 12v 直流電）3.4.2 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性如圖所示，通電后，當(dāng)激磁電流按指數(shù)曲線上升時(shí)，由于銜鐵被吸引，線圈中電感增大，引起電流第一次短時(shí)間下降，以后還會(huì)由于銜鐵吸引后尚不能起動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，出現(xiàn)牙間嵌合、脫開(kāi)和再嵌合的滑跳現(xiàn)象，致使電流發(fā)生多次跳動(dòng)，直到能帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)才趨向穩(wěn)定。對(duì)于靜態(tài)接合，起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短主要與銜鐵吸引時(shí)間有關(guān)，而對(duì)動(dòng)態(tài)起動(dòng)，則與相對(duì)轉(zhuǎn)速、負(fù)載特性、負(fù)載的增加情況以及牙的相對(duì)位置等因素有關(guān)。離合器的脫開(kāi)時(shí)間就是從切斷激磁電流開(kāi)始到牙完全脫開(kāi)嵌合，傳遞力矩消失所經(jīng)歷的時(shí)間，此時(shí)電流也按指數(shù)曲線衰減。3.4.3 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩CTK?式中 T-離合器傳遞的理論轉(zhuǎn)矩，它包括工作轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)的慣性轉(zhuǎn)矩 T=2168（Nm） ；K-工作情況系數(shù) K=1.5所以 1.5 2168=3252（Nm）CT??3.4.4 離合器的外徑=1332350.81cDT??3.4.5 離合器牙間的壓緊力Q ??2tancmT???式中 -牙形角， =?30?-摩擦角， =??8?25-牙的平均直徑mD-銜鐵摩擦面的摩擦系數(shù)1?-銜鐵導(dǎo)向孔直徑d-彈簧推力， =40FdF3.4.6 線圈槽高度=20mm2310nsHwhft?????A式中 -線圈槽高度比， =5-傳熱系數(shù)， =11ss-填充系數(shù)， =0.6 HfHf-電阻系數(shù)， =0.017???2/m3.4.7 磁軛底部厚度= =4mm2hAd?3.4.8 銜鐵厚度=8mm2xb??一般取余量 =4A4 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)軸只承受扭矩，不受彎矩，按空心主軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算主軸最小直徑：（4.8）341PdAn????26其中 A 為系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表 5-1-19》選?。籨 為軸端直徑，mm；n 為軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min；P 為軸傳遞的功率，kW；查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表 5-1-19》得 45 鋼的 A 值取110，已知功率為 1KW，主軸額定轉(zhuǎn)速 n 為 600 轉(zhuǎn)/min。代入式(4.8)后得到d=C = 110X =13.04472mm （4.9）3p3601按照主軸扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算直徑：（4.10）4341PdBn????其中 B 為系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承及其連接表 5-1-20》選取，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行-本軸承及其連接表 5-1-20》得一般傳動(dòng)時(shí) B 值取 91.5，已知功率為 1kW，主軸額定轉(zhuǎn)速 n 為 600 轉(zhuǎn)/min,代入式(4.10)后得到d=B =20.55MM （4.11）3p如果截面上有鍵槽時(shí)，應(yīng)將求得的軸徑增大，其增大值見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接》表 5-1-22，增大值應(yīng)選 7%，最后得出的最小外徑d=21.5mm。為了安全，我們選擇的軸外徑為 d=30mm，內(nèi)徑 d1=18mm，采用 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，主軸如圖 4-2 所示。圖 4-2 主軸示意圖校核主軸安全系數(shù)，主軸轉(zhuǎn)矩為（4.12）23230.50.14..86.PvTCRNm???????27只考慮扭拒作用時(shí)的安全系數(shù)為（4.13）1amSK????????其中 為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，Mpa，見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行-1?本軸-承及其連接表 5-1-1》 ， ； 為扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)，15????見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-30～表 5-1-32》 ， ；1.8K??為表面質(zhì)量系數(shù)，一般用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-36》 ；?軸表面強(qiáng)化處理后用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-38》 ；有腐蝕情況時(shí)用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-35》或《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-37》 ， ； 為扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，見(jiàn)0.4????《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-34》 ， ； 、 為扭轉(zhuǎn)應(yīng)0.89?a?m力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，Mpa 見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-25》 ， ； 為材料扭轉(zhuǎn)的平均盈利折算系數(shù)，見(jiàn)60.3.1249mapTZ??????《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸-承及其連接表 5-1-33》 ， 。0.21??將各數(shù)據(jù)代入公式后得 1155.3.86.021049amSK???????????根據(jù)調(diào)質(zhì) 45 鋼 ，要求查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 （機(jī)工版）第 2 版/.5sb?第 19 篇第 5 章得安全系數(shù)為 5.0，因此設(shè)計(jì)的主軸滿足要求。4. 2 軸承的計(jì)算及選型由于風(fēng)力機(jī)不僅承受風(fēng)輪的扭矩，而且要承受氣流方向的一定彎矩，角接觸球軸承不僅能夠承徑向力，同時(shí)能夠承受一定的徑向載荷，因此在主軸上安裝兩個(gè)角接觸球軸承。281．角接觸球軸承 1 的選用計(jì)算角接觸球軸承 1 的安裝位置如圖 4-3 所示。圖 4-3 軸承 1 的安裝位置軸徑 d=30mm,額定轉(zhuǎn)矩 T=4.3Nm。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-82》選擇角接觸球軸承 36000 型新代號(hào) 7000C,之所以選用接觸球軸承是考慮到主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生徑向載荷，軸承 1 參數(shù)如表 4.2 所示。表 4.2 軸承 1 參數(shù)軸向載荷： +m=159.8/47aFkgN???葉 片 支 撐 架 葉 片 支 架 主 軸（ ） g徑向載荷按照最不利狀況計(jì)算，根據(jù)伯努利方程，氣流作用在葉片上的壓力為：（4.14）220.5.158=40PvPa???作用在 4 個(gè)葉片上的總力為（4.15）4.37rFSN?孔徑 d 外徑 D 軸承代號(hào) 極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑） 額定動(dòng)負(fù)荷 rC額定靜負(fù)荷 or重量30mm 55mm 7006C 9500 11.65kN 8.49kN 0.11kg角接觸球軸承29由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-12》推薦使用壽命為 100000 小時(shí), 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式為（4.16）raPXFY??式中 X、Y 分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)。可通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 28·3-2》得：因?yàn)?/0.147/8.90.172aorCF?所以應(yīng)該選擇 X=0.44，Y=1.47，代入式子得到 0.415.742.69raPXYN?????軸承基本額定動(dòng)載荷按如下公式計(jì)算： hmdnTfCP?式中： 為基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N； 為速度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單Cf行本-軸承表 6-2-9》選取 5.85； 為力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取 1.5，mf較大時(shí)取 2，這里選取 2； 為沖擊載荷因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承df表 6-2-10》選取 1.2； 為溫度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-T11》選取 1； 為壽命因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-8》選取hf0.405； 為當(dāng)量動(dòng)載荷。P將各個(gè)數(shù)據(jù)代入式（4.13）得： 5.821.0691.54CNCr????故選用此軸承能夠滿足額定載荷的要求。2．角接觸球軸承 2 的選用計(jì)算角接觸球軸承 2 的安裝位置如圖 4-4 所示。30圖 4-4 軸承 2 安裝位置按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-82》選擇軸承型號(hào) 36105（新型號(hào)7005C） ，參數(shù)如表 4.3 所示。表 4.3 軸承 2 參數(shù)按照軸承 1 校核公式（4.15）對(duì)軸承進(jìn)行校核： 40.3751rFPSN???+m=159.8/47akgN葉 片 支 撐 架 主 軸（ ）軸承當(dāng)量動(dòng)載荷按公式（4.16）得： raPXFY??式中 X、Y 分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)及軸向動(dòng)載荷系數(shù)?？赏ㄟ^(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 28·3-2》得：因?yàn)?/0.147/6.530.22aorFC?孔徑 d 外徑D軸承代號(hào)極限轉(zhuǎn)速r/min（脂潤(rùn)滑）額定動(dòng)負(fù)荷 rC額定靜負(fù)荷 or重量25mm 47mm 7006C 12000 9.38kN 7.73kN 0.074kg軸承31所以應(yīng)該選擇 X=0.44，Y=1.40，代入公式（4.16）得到 0.415.04721.raPXFYN?????由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）公式 16-3》計(jì)算軸承壽命：（4.17）61()0ThdfCLnP?式中： 為溫度因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-11》選取 1；Tf為沖擊載荷因數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-10》選取 1.2；C 為df額定動(dòng)載荷，C=9.38kN；N 為主軸額定轉(zhuǎn)速，n=400r/min； 為壽命指數(shù)，對(duì)于?球軸承取 3。將各數(shù)據(jù)代入式子后得 66361010980()()2.7104.1.4ThdfCL hnP?????由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本-軸承表 6-2-12》推薦使用壽命為 100000 小時(shí),所以可以滿足使用要求。主軸與發(fā)電機(jī)之間用圓錐銷套筒聯(lián)軸器進(jìn)行連接，如圖 4-5 所示，聯(lián)軸器具體參數(shù)見(jiàn)圖紙。圖 4-5 圓錐銷套筒聯(lián)軸器32結(jié)束語(yǔ)本論文在理論方面通過(guò)模型論證了實(shí)際應(yīng)用的可行性、可靠性，為該類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和商品生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。但是，在機(jī)械部件方面沒(méi)有模型，沒(méi)有進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，所以這個(gè)設(shè)計(jì)還存在很大的不足之處。希望以后做出機(jī)械模型，進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算從而逐步完善該型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。致謝本論文是在導(dǎo)師教授的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。在接受老師指導(dǎo)的時(shí)間里，他那淵博的知識(shí)，縝密的邏輯，活躍的思維，敏銳的洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及民主的作風(fēng)給我留下了深刻的印象，為我開(kāi)闊了視野，豐富了學(xué)識(shí)，并將受益終身。至此論文完成之際，對(duì)老師曾經(jīng)給予的學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)，生活上的關(guān)心和幫助致以最誠(chéng)摯的謝意!感謝同學(xué)和朋友們的大力支持和幫助!最后，衷心感謝機(jī)電工程系全體老師的辛勤培養(yǎng)和教誨!33參考文獻(xiàn)[1]世界能源理事會(huì).新的可再生能源一未來(lái)發(fā)展指南.北京海洋出版社，1998[2]中國(guó)國(guó)家科委一歐盟能源總司.中國(guó)一歐洲聯(lián)盟能源合作大會(huì)文集，1996[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展司編.中國(guó)新能源與可再生能源1999白皮書(shū).中國(guó)計(jì)劃出版社，2000[4]國(guó)家經(jīng)貿(mào)委可再生能源發(fā)電及熱利用研究項(xiàng)目組.中國(guó)可再生能源技術(shù)評(píng)價(jià).中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1999[5]胡蛟抨.取之不盡的風(fēng)力發(fā)電.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2001[6]黃素逸.能源科學(xué)導(dǎo)論.中國(guó)電力出版社，1999[7]國(guó)家經(jīng)貿(mào)委可再生能源發(fā)展經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策研究組中國(guó)可再生經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策研究.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1998[8]張煥芬.喜文華.先進(jìn)國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及其前景.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1998[9]江文.政府的支持推動(dòng)新能源快速發(fā)展.能源政策研究，1997[10]張廣盛.風(fēng)能的利用.青?？萍?，1997[11]郭繼高.風(fēng)能發(fā)電一小型風(fēng)能發(fā)電及其發(fā)電機(jī)(1).微特機(jī)，1999[12]NREL.Renewable 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