5kw直驅式風力發(fā)電機畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘要:</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計的題目是5KW直驅式風力發(fā)電機，直驅式風力發(fā)電機，是一種由風力直接驅動發(fā)電機，亦稱無齒輪風力發(fā)電機，主要包括葉片、輪轂、整流罩、偏航系統、塔架等幾個部分。其中偏航系統又包括電動機、一級蝸桿減速箱、二級蝸桿減速裝置三個部分。此次畢業(yè)設計的主要內容是葉片輪轂的連接、偏航系統、塔架組等幾個部分。</p>&

2、lt;p>　　主要設計過程分成下面幾個部分：參數的選擇、方案的制定、圖卡的編制、三維模型的建立、偏航系統的設計、輪轂的設計以及軸承、軸、鍵等零件的校核。</p><p>　　其中的重點與難點是偏航系統方案的選擇與設計。</p><p>　　關鍵字：直驅式、發(fā)電機、輪轂、偏航系統</p><p><b>　　ABSTRACT</b><

3、/p><p>　　The subject of this graduation project is a 5KW direct drive wind turbine, direct drive wind turbines, is a directly driven by the wind generators, also known as gearless wind turbines, including blade

4、s, wheels, fairing, partialAir system, tower and other parts. The yaw system also includes a motor, a worm gear box, two worm deceleration device of three parts. The graduation project is several parts of the rotor hub c

5、onnection, yaw system, tower group.</p><p>　　The main design process is divided into the following sections: parameter selection, program development, the preparation of picture cards, and three-dimensional

6、model, the design of the yaw system, wheels and bearings, shafts, key parts of the check.</p><p>　　One of the important and difficult is the selection and design of the yaw system solutions.</p><p

7、>　　Keywords: direct drive generators, wheels, the yaw system</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 選題的依據、課題的意義及國內外基本研究情況</p><p>　　1.1.1選題的依據：</p><p>　　直驅式風力發(fā)電

8、機（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一種由風力直接驅動發(fā)電機，亦稱無齒輪風力發(fā)動機，這種發(fā)電機采用多極電機與葉輪直接連接進行驅動的方式，發(fā)電機軸直接連接到葉輪軸上，轉子的隨風速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，進過置于地面的大功率電力電子轉換器，將頻率不定的交流電整流為直流電，再逆變成與電網同頻的交流電輸出。國際先進的無齒輪箱直驅風力發(fā)電機，用低速多極永磁發(fā)電機，并使用一臺全功率變頻器將頻

9、率變化的風電送入電網。</p><p>　　直驅永磁風力發(fā)電機有以下幾個方面優(yōu)點：</p><p>　　1.發(fā)電效率高：直驅式風力發(fā)電機組沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發(fā)電效率，尤其是在低風速環(huán)境下，效果更加顯著。 </p><p>　　2.可靠性高：齒輪箱是風力發(fā)電機組運行出現故障頻率較高的部件，直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的可靠性

10、。同時，機組在低轉速下運行，旋轉部件較少，可靠性更高。 </p><p>　　3.運行及維護成本低：采用無齒輪直驅技術可減少風力發(fā)電機組零部件數量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運行維護成本。 </p><p>　　4.電網接入性能優(yōu)異：直驅永磁風力發(fā)電機組的低電壓穿越使得電網并網點電壓跌落時，風力發(fā)電機組能夠在一定電壓跌落的范圍內不間斷并網運行，從而維持電網的穩(wěn)定運行。 </p&g

11、t;<p>　　1.1.2 課題的意義：</p><p>　　直驅式風力發(fā)電機組由于沒有齒輪箱，零部件數量相對于傳統的風電機要少得多，其主要部件包括：葉輪葉片、輪轂、變漿系統、發(fā)電機轉子、發(fā)電機定子、偏航系統、</p><p>　　測風系統、底板、塔架等。</p><p>　　齒輪箱是目前在兆瓦級風力發(fā)電機中屬易過載和過早損壞率較高的部件，因此，沒有

12、齒輪箱的直驅式風力發(fā)動機，具備低風速時高效率、低噪音、高壽命、減小機組體積、降低運行維護成本等諸多優(yōu)點。</p><p>　　直驅型風力發(fā)電機組沒有齒輪箱，低速風輪直接與發(fā)電機相連接，各種有害沖擊載荷也全部由發(fā)電機系統承受，對發(fā)電機要求很高。同時，為了提高發(fā)電效率，發(fā)電機的極數非常大，通常在100極左右，發(fā)電機的結構變得非常復雜，體積龐大，需要進行整機吊裝維護。</p><p>　　1.1

13、.3 國內外基本研究情況</p><p>　　直驅式風力發(fā)電機始于20多年前，由于電氣技術和成本等原因，發(fā)展較慢。隨著近幾年技術的發(fā)展，其優(yōu)勢才逐漸凸現。德國、美國、丹麥都是在該技術領域發(fā)展較為領先的國家，其中德國西門子公司開發(fā)的（直驅式）無齒輪同步發(fā)電機安裝在世界最大的挪威風力發(fā)電場，最高效率達98%。 </p><p>　　1997年的風機市場上出現了兼具無齒輪、變速變槳距等特征的風

14、力發(fā)電機,這些高產能、運行維護成本低的先進機型有E-33、E-48、E-70等型號，容量從330千瓦至2兆瓦，由德國ENERCONGmbH公司制造，它們的研制始于1992年。2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可變速風力發(fā)電機組，其中包括永磁式轉子結構的高壓風力發(fā)電機Wind former，容量3兆瓦、高約70米、風扇直徑約90米。2003年，在Okinawa電力公司開始運行的MWT-S2000型風力發(fā)電機，是日本三菱重工首

15、度完全自行制造的2兆瓦級風機，采用小尺寸的變速無齒輪永磁同步電機，新型輕質葉片。 </p><p>　　目前，國內多家企業(yè)也開始進軍直驅式風力發(fā)電機領域，湘潭電機集團與日本原弘產株式會社合資組建的湖南湘電風能有限公司，2兆瓦直驅式永磁風力發(fā)電整機機組已試車成功；具有自主知識產權的新疆金鳳科技股份公司、哈爾濱九州電氣公司也分別研制出1.5兆瓦直驅式風力發(fā)電機。 </p><p>　　國內外

16、研究現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 國內研究現狀及發(fā)展趨勢：</p><p>　　我國雖然是在20世紀70年代就開始研制大型并網風力發(fā)電機組，但直到在90年代國家“乘風計劃”的支持下，風力發(fā)電才真正從科研走向市場。在國家有關部委的支持下，額定功率為Zoowk、25OWK、300wk、600姍的風力發(fā)電機組已研制成功，ZOOWkv～600wk的大型風力發(fā)電機組制造技術已基

17、本掌握，并開始研制兆級風力發(fā)電機組。我國自主開發(fā)的20OWK～300wk級風力發(fā)電機組的國產化率已超過9％，此外還開發(fā)了一批風光、風柴聯合發(fā)電系統。浙江省機電設計研究院研制的風力發(fā)電機組，于1997年4月通過了國家級技術成果鑒定，同年12月又完成了中試樣機的研制。由上海藍天公司主持研制的300wk風力發(fā)電機組，1998年初在南澳風電場投入并網運行，目前運行情況良好。在6O0wk風力機研制方面，由國家科委立項，新疆風能公司、浙江省機電設計

18、研究院等單位主持的大型風力機國產化項目也邁出了堅實的步伐。到2003年，我國已在11個省區(qū)建立了27個風電場，東部沿海有豐富的風能資源，距離電力負荷中心近，海上風電場必將成為今后我國新興的能源基地。</p><p>　　雖然我國近幾年風力發(fā)展很快，裝機量以每年20％以上的速度遞增，但是仍僅占全國電力總裝機的0.11％。相比國外，我國在風力發(fā)電技術的研究上比較落后，企業(yè)生產規(guī)模小，工藝技術落后，一些原材料和產品國產

19、化程度低，重要原材料和零部件以及大容量的風力發(fā)電裝置絕大多數依靠進口。國內自制的風力發(fā)電機多為異步發(fā)電機，不能做到變速恒頻發(fā)電，不能有效地利用各種風況下的風能?？傮w上，我國的風力發(fā)電目前仍處于起步階段。</p><p>　　為更好地實施國家可持續(xù)發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略，國家計委、科技部、國家經貿制定了新能源和可再生能源產業(yè)發(fā)展的“十五”規(guī)劃，其中包括國家的光明工程和863計劃——后續(xù)能源技術主題等國家科技發(fā)展項目。

20、我國風力發(fā)電在國家的重視和政府的支持下，必將有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　1.2.2 國外研究現狀與發(fā)展趨勢：</p><p>　　首先從裝機容量上來看近幾年世界風力發(fā)電的發(fā)展。到2001年，全球總裝機容量為25273MW，其中德國裝機容量為8000WM，名列首位，占世界風電裝機容量的30％。美國裝機容量達4000WM,名列第二。西班牙為3300WM，名列第三。丹麥裝機容量2

21、650WM，英國650WM,中國為400WM，到2002年底，世界總裝機容量為32037WM，而歐洲占全世界的74.4％，據預測，在2001-2005的5年間，全世界新增風力發(fā)電設備的發(fā)電能力約為39010WM，預計2020年的世界風力發(fā)電量將占全世界總發(fā)電量的10％。</p><p><b>　　本課題研究的內容</b></p><p>　　本文以變速恒頻直驅式風力

22、發(fā)電為控制對象，對由其構成的風力發(fā)電系統及其相關的控制技術進行研究，研究內容主要包括以下幾個方面：</p><p>　　深入研究變速恒頻風力發(fā)電技術；</p><p>　　針對變速恒頻風力發(fā)電技術，相應提出同步風力發(fā)電的控制策略；</p><p>　　設計搭建實驗平臺，用于測試控制策略的可行性；</p><p>　　完成主要控制部分的軟件設計

23、；</p><p>　　結合平臺完成實驗并分析實驗結果。</p><p><b>　　本課題研究方案</b></p><p>　　本文首先從傳統的風力發(fā)電機組開始分析，研究變速恒頻直驅風力發(fā)電技術與其具有哪些不同以及具有的優(yōu)勢，然后談及同步風力發(fā)電機組的控制略、運行原理和發(fā)電系統的組成。研究方案中好包括控制系統中硬件部分的組成和軟件部分的組成，

24、如何通過仿真模型實驗來驗證這種控制方案的實施。</p><p>　　1.5 研究目標、主要特色及工作進度</p><p>　　1.5.1 研究目標。</p><p>　　1.5.2 主要特色</p><p>　　伴隨著風力發(fā)電產業(yè)的發(fā)展和對風能利用水平要求的不斷提高，風力發(fā)電的控制系統一直處在人們關注的焦點之下，是人們不斷研究和改進的

25、對象。同步風力發(fā)電機系統以其無齒輪箱、輸出有功功率和無功功率可調等優(yōu)勢曾經博得過人們的青睞，但因其難以滿足恒速頻的控制要求一度退出風電舞臺?，F在，電力電子技術的發(fā)展使得同步風力發(fā)電機的控制變得更加簡單，變速恒頻技術的進步給同步風力發(fā)電機的應用提供了更廣闊的空間。</p><p>　　變速恒頻直驅風力發(fā)電技術的優(yōu)點有：可以實現最大風能獲取，對永磁機組而言有較高的效率；有較高的轉速運行范圍，可在-30％～+15％的轉

26、速范圍內運行，沒有齒輪箱，可靠性好；控制簡單，可靈活地調節(jié)有功和無功功率。</p><p>　　第二章 傳動裝置的總體設計</p><p>　　傳動裝置總體設計的目的是分析或確定傳動方案、選定電動機型號、計算總傳動比并合理分配傳動比、計算傳動裝置的運動和動力參數，為設計計算各級傳動零件和裝配圖設計準備條件。</p><p><b>　　分析或確定傳動

27、方案</b></p><p>　　2.1.1 傳動比的分配和傳動方案</p><p>　　機器一般由原動機、傳動裝置、工作機和控制系統四部分組成。其中傳動裝置至關重要，常用的傳動裝置有：齒輪傳動、鏈條傳動、帶傳動、凸輪機構傳動、蝸桿渦輪傳動。其中鏈條傳動運動不均勻，有沖擊和周期性速度波動，噪聲較大，不適用于高速傳動和大傳動比傳動；帶傳動雖然傳動平穩(wěn)，噪聲小，但是由于帶傳動多數

28、用于傳遞載荷，所以也不適用于偏航系統中；綜合各種傳動裝置的優(yōu)缺點，并考慮到風力發(fā)電機組的傳動比很大，所以選擇蝸桿傳動。蝸桿傳動的優(yōu)點是結構緊湊、傳動比大，以蝸桿為主動輪可以實現大傳動比傳動。在發(fā)電機組的偏航系統中選擇蝸桿傳動作為減速裝置，將能夠滿足減速要求。</p><p>　　傳動比的確定對于機器運轉來說十分重要，傳動裝置的總傳動i由選定的電動機滿載轉速n1和工作機主動軸轉速n2確定，即1/n2.在多級傳動中，

29、總傳動等于各級傳動之積。根據電動機的額定轉速和最后蝸輪的轉速可得總的傳動比等于1500/0.5=3000，分配傳動比時應考慮以下原則：</p><p>　　應使各級傳動比均在薦用值的范圍內，以符合各種傳動形式的特點，并使結構緊湊。</p><p>　　應使各傳動件尺寸協調，結構均勻合理。</p><p>　　應使各傳動件彼此不發(fā)生干涉碰撞。</p>&

30、lt;p>　　應使各級大齒輪侵油深度合理（低速級大齒輪侵油稍深，高速級大齒輪能侵油），同時要求兩大齒輪的直徑相近。通常在展開式二級圓柱齒輪減速器中，低速級中心距大于高速級中心距。</p><p>　　根據上述分配原則，下面給出分配傳動比的方案：</p><p>　　對于高速級采用標準齒輪箱傳動，根據選定的額定功率和轉矩</p><p>　　確定高速級傳動比為5

31、0，查減速箱標準手冊，選用圓弧圓柱蝸桿傳動，標記為CW 63-50-I F JB/T7935-1999.</p><p>　　(2)低速級采用蝸桿傳動，根據GB/T10085-1998的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）；蝸桿用45鋼，蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC，蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造；齒面按接觸疲勞強度進行設計</p><p><b>

32、;　　a 蝸輪上轉矩</b></p><p>　　Z=1,估取效率=0.7，則=9.55=9.55N.mm=1400000N.mm</p><p>　　載荷系數=1，由表11-5選取=1.15，,=1.05</p><p>　　K==1.151.051.21</p><p>　　=160 ： 假設=0.35，從圖11

33、-18查得=2.9</p><p><b>　　查表11-7，得</b></p><p><b>　　=218M</b></p><p>　　amm =197.8258mm</p><p>　　取中心距a=200mm，因i=60，查表11-2，取模數m=5mm，=90mm，這時=0.45，查圖得，=

34、2.68，因為，所以計算結果滿足可用。</p><p>　　1. 蝸桿的主要參數；</p><p>　　軸向齒距=15.708mm，q=18mm，=，=100mm，=77.5mm，軸向齒距=7.854mm，</p><p>　　2. 蝸輪的主要參數；</p><p>　　蝸輪齒數=62，變位系數=0，m=5mm，</p>&l

35、t;p>　　驗算傳動比i==62，傳動比誤差為=0.033=3.3，是在允許的誤差范圍內。</p><p>　　=m=310mm，a==mm=200mm，</p><p>　　3.校核齒根彎曲疲勞強度</p><p>　　當量齒數=62.09</p><p><b>　　根據</b></p><

36、p><b>　　螺旋角系數</b></p><p><b>　　計算彎曲應力</b></p><p>　　從表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力=56MPa。</p><p><b>　　壽命系數 </b></p><p><b&

37、gt;　　彎曲強度是滿足的。</b></p><p><b>　　4.驗算效率</b></p><p>　　已知；與相對滑動速度與相對滑動速度相關。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　從表11-18中用插值法查得</p><p>　　5.

38、精度等級公差和表面粗糙度的確定</p><p>　　考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側隙種類為f，標注為 GB/T 10089-1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。其中蝸輪的非工作表面粗糙度為12.5，工作表面粗糙度為6.3和3.2.行位公差則由其加工性和要求精度確定。</p><

39、p><b>　　繪制工作圖</b></p><p><b>　　如圖（1）所示</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　2.1.2 電動機的選擇</p><p>　　電動機是由專門工廠批量生產的標準部件。設計時要根據工作機的工作特性、工作

40、環(huán)境和工作載荷等條件，選擇電動機的類型、結構、容量和轉速，并在產品目錄中選出其具體型號和尺寸。</p><p>　?。?）.選擇電動機的類型和結構形式</p><p>　　電動機分交流和直流兩種。由于生產單位一般多采用三相交流電源，因此無特殊要求時均采用三相交流異步電動機，Y系列三相異步電動機由于結構簡單、工作可靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛用于機械上。</p><p

41、>　　按工作要求和工作條件選用Y系列三相籠型異步電動機，全封閉自扇冷式結構，電壓380V。根據5KW風力發(fā)電機的功率和轉速要求，選擇電動機的轉速為1500r/min，功率為150W，至此，電動機的轉速和功率已完全確定。</p><p>　　1.3計算傳動裝置各軸的運動和動力參數</p><p><b>　?。?） 各軸的轉速</b></p><

42、;p>　　減速箱輸入軸I軸 </p><p>　　減速箱輸出軸軸 </p><p>　　蝸桿軸III軸 =30r/min</p><p>　　渦輪軸IV軸 </p><p>　?。?）各軸的輸入功率</p><p>　　I軸

43、 </p><p>　　II軸 </p><p>　　III軸 </p><p>　　IV軸 </p><p>　?。?）各軸的輸入轉矩</p><p><b>　　電動機軸的輸出轉矩</b><

44、;/p><p>　　所以I軸 =955N</p><p>　　II軸 </p><p>　　III軸 </p><p>　　IV軸 </p><p>　　將上述計算結果匯總于下表，以備查用。</p>

45、<p>　　第三章 風電機組零部件的設計</p><p>　　風力發(fā)電機組是由三根葉片、一個輪轂、一個整流罩、一個發(fā)電機、一個焊接件以及裝在焊接件上的制動器、伺服電機.還有偏航系統即減速箱和蝸輪蝸桿減速裝置、電器柜、驅動偏航系統的三相異步電動機、焊接件底端接在內法蘭上，內法蘭套上外法蘭，其中有推力球軸承用于承擔軸向載荷，深溝球軸承承擔徑向載荷，外法蘭安裝在塔架上。</p><p&

46、gt;<b>　　葉片的設計及其形狀</b></p><p>　　3.1.1 直驅式風力發(fā)電機組葉槳</p><p>　　直驅式風力發(fā)電機組采用水平軸、三葉片、上風向、變槳距調節(jié)、直接驅動、永磁同步發(fā)電機并網的總體設計方案，相對于傳統的異步電動機組其優(yōu)點如下：</p><p>　　由于傳動系統部件的減少，提高了風力發(fā)電機組的可靠性和可利用率；

47、</p><p>　　永磁發(fā)電技術及變速恒頻技術的采用提高了風力機組的效率；</p><p>　　機械傳動部件的減少降低了風力發(fā)電機組的噪音；</p><p>　　可靠性的提高降低了風力發(fā)電機組的運行維護成本；</p><p>　　機械傳動部件的減少降低了機械損失，提高了整機效率；</p><p>　　利用變速恒頻技術

48、，可以進行無功補償；</p><p>　　由于減少可部件數量，使整機的生產周期大大縮短。</p><p>　　3.1.2直驅風力發(fā)電機組變槳特性敘述</p><p>　　直驅型風力發(fā)電機組為變槳距調節(jié)型風機，葉片在運行期間，它會在風速變化的時候繞其徑向軸轉動。因此，在整個風速范圍內可能具有幾乎最佳的槳距角和較低的切入風速。在高風速的情況下，改變槳距角以減少功角，從而

49、減小了在葉片上的氣動力。這樣就保證了葉輪輸出功率不超過發(fā)電機的額定功率。</p><p>　　對于變槳距調節(jié)后對的功率特性的影響等等問題，這里我們對機組葉片上的氣動性能進行分析，從而進一步的了解變槳后，對風力發(fā)電機組性能的影響。</p><p>　　葉片的結構是高端的曲面造型結構，葉片的掃掠面積應盡量做大，這樣就能捕捉到最大的風速，葉片在風力的作用下轉動，從而帶動發(fā)電機的轉子轉動，實現發(fā)電

50、，葉片通過螺釘連接在發(fā)電機輪轂上，從而帶動輪轂一起轉動。</p><p>　　3.2 輪轂的設計及其形狀</p><p>　　輪轂是發(fā)電機組頭艙的重要組成部分，輪轂是連接葉片的重要元件，輪轂是球形對稱元件，三根葉片呈120°安裝在輪轂上，輪轂也是連接發(fā)電機的中間過渡性元件，輪轂與發(fā)電機的連接是通過螺栓實現的。輪轂外面套有整流罩，以保護輪轂的正常運轉。輪轂是用45鋼加工出來的。&

51、lt;/p><p>　　輪轂的設計應注意以下因素：</p><p>　　輪轂的大小應考慮到葉片的根部直徑，5KW風力發(fā)電機的葉片根部直徑為120mm，考慮到輪轂安裝葉片的孔徑是在球體上截出一個平面而成，所以輪轂的直徑既要能夠保證葉片裝在里面有足夠的空間，又要保證輪轂的大小與風機的整體尺寸相協調。所以經過勾股定理的計算以及各方面的綜合考慮能夠得到輪轂的理想直徑為500mm，具體算法如下圖（2）&

52、lt;/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.3 整流罩的結構及其形狀</p><p>　　整流罩是裝在輪轂上的零件，其主要作用是固定輪轂和葉片的相對位置，使其不能發(fā)生相對轉動，整流罩通過葉片的圓弧曲面定位，整流罩的端面與發(fā)電機連接在一起，其連接是通過螺栓實現的，從而能夠將風能轉化為機械能，進而通過發(fā)電機轉化為電能，實現

53、發(fā)電。</p><p>　　整流罩的設計應該考慮一下內容：</p><p>　　整流罩的大小應保證輪轂能夠順利裝進其中；</p><p>　　整流罩那上面的三個葉片孔，應該與輪轂上的三個葉片孔有很好的同軸度要求；</p><p>　　整流罩的端面大小應該與電動機端面良好的接觸，并且大小適中，以便于螺栓連接；</p><p&

54、gt;　　整流罩的整體尺寸應該圓滑過渡，外形應該便于機加工。</p><p>　　綜合考慮到以上注意事項，整流罩的三維建?？梢砸暂嗇灥耐庑吻鏋闃藴?，然后按照整流罩的厚度，偏置曲線，就能得到整流罩的外形輪廓。發(fā)電機的輸入軸的直徑為100mm，輸出軸為150mm，輸入端面為300mm，輸出端面為400mm，所以整流罩的端面尺寸可以定為，整流罩上的三個葉片孔呈120°均布。具體形狀如下圖所示（2）：<

55、/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.4 底板的結構設計及其形狀（焊接件）</p><p>　　焊接件是連接風電機頭和偏航系統的橋梁，焊接件的材料是鑄鐵，通過焊接而成，其主要作用是前端連接發(fā)電機，并且在其上裝有制動器，以便發(fā)電機能夠隨時制動，發(fā)電機正常發(fā)電的時候，制動器不工作，只有在停止發(fā)電的時候踩制動，制動器的工作原

56、理是通過伺服電機帶動制動鉗工作，而制動鉗則可以在伺服電機的作用下放開和壓緊，而發(fā)電機的輸出軸上裝有聯軸器，制動鉗通過限制聯軸器的</p><p>　　回轉，從而控制發(fā)電機的運轉，實現制動。</p><p>　　焊接件上同樣裝有偏航系統，偏航系統是由三相異步電動機和蝸桿減速箱以及二級蝸輪蝸桿減速裝置等主要零件構成，三相異步電動機是動力裝置，它為偏航系統提供能源， 然后通過聯軸器將電機軸和減速

57、器的輸入軸聯接起來，從而帶動減速器工作，實現一級減速，減速器的輸出軸與蝸桿相連，從而帶動蝸桿轉動，蝸桿與渦輪嚙合帶動渦輪轉動，而渦輪軸即內法蘭，通過法蘭的作用（具體工作情況詳見下章）帶動底板轉動，從而實現偏航，偏航的目的是為了使風力發(fā)電機捕捉到最大風速，對準最大風速，從而使得葉片以最大轉速轉動，進而以最大轉速帶動發(fā)電機發(fā)電，提高發(fā)電效率。</p><p>　　焊接件的前端與發(fā)電機相連，其尺寸是由發(fā)電機的端面尺寸決

58、定的，焊接件需要加加強筋，因為焊接件需要拖著風力發(fā)電機前端的輪轂和整流罩，所以必須加強強度，焊接件的整體長度和寬度則由上面的零部件確定，根據偏航系統的整體尺寸確定焊接件的長度為800mm，寬度為560mm，而偏航系統的安裝則通過焊接在底板上的零件進行固定。具體尺寸及其形狀詳見下圖（3）：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.5 法蘭組

59、件的設計及其形狀</p><p>　　法蘭（Flange）又叫法蘭盤或凸緣盤。法蘭是使底板與塔架相互連接的零件，連接于塔架上端。法蘭連接或法蘭接頭，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結構的可拆連接，用在設備上系指設備的進出口法蘭。法蘭上有孔眼，螺栓使兩法蘭緊連。法蘭間用襯墊密封。法蘭分螺紋連接（絲扣連接）法蘭和焊接法蘭和卡夾法蘭。法蘭的材質是WCB（碳鋼）、LCB（低溫碳鋼）、LC3（3.5%鎳鋼

60、）、WC5(1.25%鉻)，風力發(fā)電機的法蘭是由內法蘭和外法蘭組成，內法蘭同樣也是蝸輪軸，通過鍵與蝸輪連接在一起，蝸輪的軸向定位則通過內法蘭的軸肩來實現，上端用一個壓蓋壓住，防止齒輪發(fā)生竄動，蝸桿兩端通過軸承支座來支撐，軸承支座里面裝有角接觸球軸承，承擔徑向載荷和軸向載荷，軸承支座通過螺栓固定在底板上，從而實現蝸桿的定位，制動器則安裝在底板的桁架上，電器柜也是通過螺栓實現定位，減速箱與電動機的中心軸需要對齊，所以在電動機的底端需要焊上支

61、座，以使兩軸正常連接，然后再通過聯軸器連接在一起，外法蘭與底板也是通過螺栓連接的，在內法蘭上裝有推力球軸承，用于承擔軸向載荷，推力球軸承的軸向定位分別是內法蘭和外法蘭，在外法蘭上裝有</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由上圖得知，右端是安裝角接觸球軸承的，中間部分為蝸桿，左端對稱部分也是裝配軸承的，再通過鍵的連接，將其連接在蝸桿減速箱上。

62、</p><p>　　內法蘭的三維模型如下圖所示（5）：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由上圖我們可以看出，內法蘭是連接蝸輪與塔架的中間過渡性元件，內法蘭通過M16的螺栓與塔架連接在一起，上面則通過鍵與蝸輪相連，蝸輪的軸向則通過軸肩進行定位，在內法蘭的外端套有推力球軸承，推力球軸承通過外法蘭固定在內法蘭上，綜合

63、來說，就是通過內外法蘭的配合來實現深溝球軸承和推力球軸承的定位。而為難了節(jié)省材料，可以將內法蘭做成空心的，外法蘭則是連接底板和內法蘭的重要零件，外法蘭通過M12的螺栓與底板相連，下端按在內法蘭的底盤上，外法蘭的三維模型如下圖所示（6）:</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.6 風力發(fā)電機組總裝件的設計</p><p

64、>　　通過風力發(fā)電機組各零部件的設計，我們已經得到了總裝圖的總體情況，綜上所述可以知道風力發(fā)電機組是由葉片、輪轂、整流罩、發(fā)電機、焊接件、偏航系統、塔架等零部件組成。通過各零部件的裝配，可以得到總裝圖的三維模型如下圖所示（7）：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　風力發(fā)電機組的整體設計，是基于風力發(fā)電機組的功率以及經濟性和可行性的基

65、礎上完成的。具體零件校核詳見第三章。</p><p>　　第四章 零件的校核</p><p><b>　　4.1 軸的校核</b></p><p><b>　　蝸桿軸的校核</b></p><p>　　初步確定軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調制處理。根據表15-3，取于是得</p

66、><p>　　輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑如下圖所示，</p><p>　　為了使所選的軸的直徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯軸器型號。</p><p>　　按照計算轉矩,查表14-3，考慮到轉矩變化很小，故取=1.3，則 ：</p><p>　　計算轉矩應小于聯軸器公稱轉矩的條件，查標準GB/T5014-2003或手冊，選

67、用HL4型彈性聯軸器，其公稱轉矩為45000N.mm。半聯軸器的孔徑，故取=35mm，半聯軸器長度L=80mm。</p><p>　　軸的結構設計，擬定軸上零件的裝配方案，裝配方案在前面已經分析，兩端用軸承支座支撐，中間用蝸桿軸，左端連接聯軸器，并且接在蝸桿減速箱上。</p><p>　　根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　為了滿足半聯軸器

68、的軸向定位要求，I-II軸段需制出一軸肩，故取II-III段的直徑，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=42mm。半聯軸器與軸配合的轂孔長度為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸的端面上，故I-II段的長度應比略短一些，現取=80mm。</p><p>　?。?）初步選擇滾動軸承。因為軸承同時承受軸向載荷和徑向載荷，故選用角接觸球軸承。參照工作要求選取滾動軸承的內徑d=40mm，由軸承產品目錄中初步選

69、取0基本游隙組、標準精度的單列角接觸球軸承7004AC，其尺寸為d，故=40mm，而=28mm。</p><p>　　右端滾動軸承采用軸肩定位。由手冊上查得7004AC型軸承的定位高度h=5mm，因此，取</p><p>　　軸向零件的周向定位，齒輪、半聯軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按有表查得平面截面b，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證齒輪與軸具有良好的配合有良好的對中性，故選擇齒輪

70、輪轂與軸的配合為；同樣，半聯軸器與軸的連接，選用平鍵為16，半聯軸器與軸的配合為.滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.</p><p>　　確定軸上的圓角和倒角尺寸，參考表15-2，取軸端倒角為2，各軸肩的圓角半徑見圖15-26.</p><p>　　求軸上的載荷，軸的受力示意圖如下圖所示：</p><p><b>　

71、?。?</b></p><p>　　求解得; </p><p>　　所以N=731.4N</p><p><b>　　N=2688.2N</b></p><p>　　T=406449N.mm</p><p>　　軸的彎矩，扭矩及彎扭合成圖如

72、下所示：</p><p>　　按彎扭合成強度進行軸的強度校核。進行校核時，通常只要校核軸上承受彎矩和扭矩最大的工作截面，即危險截面，根據上面的數據以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取</p><p>　　前已選軸的材料為45鋼，調質處理，由表15-1查得故安全。</p><p>　　精確校核軸的疲勞強度。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，有鍵槽的地方應力

73、集中最嚴重；從受載的情況來看，受載最大的地方應力集中最嚴重。另外軸的直徑也對強度的影響有很大的作用。</p><p>　　中間截面的抗彎截面系數 W=0.1</p><p>　　抗扭截面系數 從各個截面系數都能夠得知中間截面是最危險截面，通過計算可知，中間截面的安全系數,故可知其安全。</p><p>　　4.2 軸承的校核</p>&l

74、t;p>　　如前所述，選取的軸承為角接觸球軸承。其示意圖如下圖所示：</p><p><b>　　軸承的受力計算</b></p><p><b>　　求軸承的計算軸向力</b></p><p>　　對于7000AC型軸承，按表13-7，軸承的派生軸向力其中，e為表13-5中的判斷系數，其值由，因此可估算</p&

75、gt;<p>　　軸承1被壓緊，軸承2被放松，所以：</p><p><b>　　求軸承當量動載荷</b></p><p>　　因為 所以由表13-5分別進行查表或插值計算得徑向載荷系數和軸向載荷系數為</p><p>　　軸承1 </p><p><b>　　所以 </b

76、></p><p><b>　　基本額定動載荷</b></p><p>　　所以選取一對7308AC軸承，滿足要求。</p><p><b>　　4.3 鍵的校核</b></p><p>　　鍵是一種標準零件，通常用來實現軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向

77、滑動的導向。鍵的連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、鍥鍵連接和切向鍵連接。在此裝置中選取雙圓頭平鍵連接。由于蝸輪軸的直徑為90mm，查表11-27得鍵的尺寸為b考慮到此軸段的長度為108mm，所以選取鍵的長度為90mm。鍵連接在選出鍵的類型和尺寸后，還應該進行強度校核計算。對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面被壓潰。假設載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為</p

78、><p>　　其中T-----傳遞的轉矩</p><p>　　k----鍵與輪轂槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm；</p><p>　　l----鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵l=L-b，這里L為鍵的公稱長度。</p><p>　　d----軸的直徑，mm</p><p>　　-----鍵、軸、輪轂三者中最

79、弱材料的許用應力，MPa。</p><p>　　鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表6-2查得許用應力=100~120MPa,取其平均值， =110MPa。鍵的工作長度l=L-b=90-25=65mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=7mm。由上式可得</p><p>　　=110MPa，可見連接的擠壓強度足夠。</p><p>　　鍵的標記為：鍵25 GB/T10

80、96-2003（一般A型鍵可不標出“A”，對于B型或C型鍵，需將“鍵”標為“鍵B”或“鍵C”）。</p><p><b>　　第五章 心得體會</b></p><p>　　緊張而又辛苦的畢業(yè)設計結束了，當我們快要完成老師下達給我們的任務時，我仿佛經歷一次翻山越嶺，登上了高山之巔，頓時心曠神怡，眼前豁然開朗。當拿到畢業(yè)設計課題時，心情確實有點沉重，有點不知所措，但是當

81、畢業(yè)設計進行到接近尾聲的時候，心里又有點不舍，很是懷念這段難忘的時間，下面是這段時間內，我的一些心得和體會。</p><p>　　畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前的一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次畢業(yè)設計我們深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真地進行畢業(yè)設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為了明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。<

82、;/p><p>　　說實話，畢業(yè)設計真的是有點累。然而，當我著手清理自己的設計資料，分析數據，用UG畫出實物零件，然后再用Auto cad畫二維圖，仔細回味這段日子的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我們的倦意頓消，雖然這是我剛學會走完的第一步，是我人生中的一點小小勝利，然而它令我感受到自己成熟了許多，令我有一種“春眠方覺曉”的感悟。我們清楚的意識到，做畢業(yè)設計不是一件容易的事，但給我們更多的是收獲。通過這次畢業(yè)設計

83、我們深刻的體會到：做設計是苦力活但要細心；實踐動手做比空想強；合作精神是強大的；老師是很好的資源，要向他挖掘。</p><p>　　人們說：美好景色在頂峰，人克服困難換來成功的喜悅才是最幸福的事。畢業(yè)設計做完了，畫上一個完美的句號，也嘗到成功的味道，但慢慢的人生還需繼續(xù)努力。面對日趨激勵的就業(yè)形勢，我們相信只要學好知識技術，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，我們定會活出不平凡的人生。以上是我的畢業(yè)設計心得，略表心情。

84、</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　.《風力發(fā)電機組生產及加工工藝》/任清晨主編?！本簷C械工業(yè)出版社，2010</p><p>　　.《機械制造工藝學》/王先逵主編?！本簷C械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　.《機械設計》/濮良貴、紀名剛主編?！本焊叩冉逃霭嫔?/p>

85、，2006</p><p>　　.《機械原理》/孫桓、陳作模、葛文杰主編——高等教育出版社，2006</p><p>　　.《風力發(fā)電機組設計》/芮曉明主編——機械工業(yè)出版社</p><p>　　.《機械設計手冊》/成大先主編----機械工業(yè)出版社</p><p>　　.《現代工程圖學》/周良德主編----湖南科學技術出版社</p>

86、;<p>　　.《互換性與技術測量》/廖念釗主編----中國計量出版社</p><p>　　.《機械設計課程設計指導書》/宋寶玉主編----高等教育出版社</p><p>　　.《減速器選用手冊》/周明衡主編----化學工業(yè)出版社</p><p><b>　　附錄： </b></p><p>　　DESIG

87、N AND DEVELOPMENT OF A 1/3 SCALE VERTICAL AXIS WIND TURBINE FOR ELECTRICAL POWERG</p><p>　　The Peng day express Strasser Craig Wen Peng</p><p>　　Gansu Province Department of Science and

88、 Technology Computing Center</p><p>　　China Gansu Province, Lanzhou City, 730 030</p><p>　　E-mail: pts22@yahoo.cn</p><p>　　University of Southern Queensland</p><p>　　To

89、owoomba, Queensland 4350, Australia</p><p>　　E-mail: wen@usq.edu.au</p><p>　　Abstract：This research describes the electrical power generation in Malaysia by the measurement of wind velocity acti

90、ng on the wind turbine technology. The primary purpose of the measurement over the 1/3 scated prototype verical axis wind turbine for the wind velocity is to predict the performance of full scaled H-type vertical axis wi

91、nd turbine.The electtrical power producted by the wind turbine is influnced by its two major part,wind power and belt power transmission system in the study both w</p><p>　　Keywords： Belt power transmission

92、system; Reynolds number; wind power; wind turbine</p><p>　　Introduction</p><p>　　BOSTON--The Museum of Science in Boston shared data Tuesday for an experiment it's conducting on small wind t

93、urbines. Five turbines have been operating on the museum's roof for the past several months, three of which you can see here.</p><p>　　The bottom line on the return on investment is that this location do

94、es not have enough wind to make the turbines economical, according to the museum. However, the wind turbines are gathering data for a wind lab and an educational exhibit in the museum. And wind professionals from the are

95、a, and even around the country, are interested in the museum's experience with the different technologies and permitting processes.</p><p>　　The small wind lab at the Museum of Science quickly discovered

96、 that the wind resource on the roofs of the museum buildings was moderate, and not sufficient to deliver a compelling return on investment. As an educational endeavor, though, the project is still providing information,

97、including data on the performance of the five different turbine types.</p><p>　　This Skystream small-wind turbine from Southwest Windpower, one of the more popular products, has been shown to perform as adve

98、rtised, according to the staff of the small-wind lab. This turbine was the closest to being plug and play, the staff said.</p><p>　　Here's a closer look at the Windspire vertical axis turbine from Windsp

99、ire Energy, with the Leonard Zakim Bunker Hill Bridge in the background. The product first came out last year, and the manufacturer was willing to donate one of its first turbines to the museum's experiment.</p>

100、;<p>　　The turbine, made of aluminum air foils, is actually designed in three sections, which reduces stress on the structure when there's a significant difference in wind speeds between the top and the bottom

101、 of the turbine. Though it spins even in slow winds, it doesn't start generating electricity until wind reaches 8.5 miles per hour.</p><p>　　The size of this turbine from Proven Energy in Scotland made i

102、t a challenging installation job, which required structural engineers and the metal footing you see here. A solid foundation is required for safety reasons, but also because the turbine is placed above a domed Imax theat

103、er. The Museum of Science wanted to ensure the turbine didn't cause vibrations or noise, which it hasn't. The building on the left is the Boston Garden.</p><p>　　This view of the back of the Museum o

104、f Science shows a bank of fanlike small wind turbines from Aerovironment on the roof. These turbines, which are also installed at Boston's Logan airport, didn't perform as well as they should have, according to t

105、he museum, and had technical problems, including a broken fin.</p><p>　　This view shows the complex nature of the Museum of Science project, where there are eight different buildings on top of a dam at the m

106、outh of the Charles River. Permitting was challenging, as the site is half in Cambridge and half in Boston and the landlord is the state's parks agency.</p><p>　　This a closer view of the Aerovironment t

107、urbines and their placement on the building. The idea is to have banks of these turbines on the roof edge of buildings, where they can capture the energy of gusty wind that comes up the sides of buildings. The wind insta

108、llers did a study of the "pressure waves" from gusty wind but said they have been disappointed with the results of these turbines.</p><p>　　This Swift turbine, which has a ring around the fans to c

109、ut noise and vibration, has not come anywhere near to operating according to the manufacturer's power curve, or expected power at different speeds, according to the Museum of Science's wind lab. But the wind lab