5kw直驱式风力发电机毕业设计[管理资料]

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1、摘要:本次毕业设计的题目是 5KW 直驱式风力发电机，直驱式风力发电机，是一种由风力直接驱动发 电机，亦称无齿轮风力发电机，主要包括叶片、轮毂、整流罩、偏航系统、塔架等几个部分。其中 偏航系统又包括电动机、一级蜗杆减速箱、二级蜗杆减速装置三个部分。此次毕业设计的主要内容 是叶片轮毂的连接、偏航系统、塔架组等几个部分。主要设计过程分成下面几个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、三维模型的建立、 偏航系统的设计、轮毂的设计以及轴承、轴、键等零件的校核。其中的重点与难点是偏航系统方案的选择与设计。 关键字：直驱式、发电机、轮毂、偏航系统 ABSTRACTThe subject of this

2、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 blades, wheels, fairing, partialAir system, tower and other parts. The yaw system also includes a motor, a worm gear box, tw

3、o worm deceleration device of three parts. The graduation project is several parts of the rotor hub connection, yaw system, tower group. The main design process is divided into the following sections: parameter selection, program development, the preparation of picture cards, and three-dimensional m

4、odel, the design of the yaw system, wheels and bearings, shafts, key parts of the check.One of the important and difficult is the selection and design of the yaw system solutions. Keywords : direct drive generators, wheels, the yaw system目录第一章 绪论 3选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 3： 3课题的意义： 3国内外基本研究情况 4国内外研究现状

5、及发展趋势 4国内研究现状及发展趋势： 4国外研究现状与发展趋势： 5本课题研究的内容 5本课题研究方案 6研究目标、主要特色及工作进度 6研究目标。 6主要特色 6第二章 传动装置的总体设计 7分析或确定传动方案 7传动比的分配和传动方案 7电动机的选择 10第三章 风电机组零部件的设计 12叶片的设计及其形状 12直驱式风力发电机组叶桨 12 12 轮毂的设计及其形状 13底板的结构设计及其形状（焊接件） 16法兰组件的设计及其形状 17风力发电机组总装件的设计 20第四章 零件的校核 22轴的校核 22（1） 蜗杆轴的校核 22轴承的校核 26键的校核 28第五章 心得体会 29参考资料

6、 30附录 30第一章绪论选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况直驱式风力发电机(Direc t-driven Wind Turbine Genera tors),是一种由风力 直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进 行驱动的方式，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的随风速而改变，其交流电的频率 也随之变化，进过置于地面的大功率电力电子转换器，将频率不定的交流电整流为直流 电，再逆变成与电网同频的交流电输出。国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机，用低速 多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点：直驱

7、式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低 风速环境下，效果更加显著。：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其 附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件 较少，可靠性更高。：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换， 降低了运行维护成本。：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风力发电机组能 够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。课题的意义：直驱式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对于传统的风电机要少得多 其主要部件包

8、括：叶轮叶片、轮毂、变浆系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、 测风系统、底板、塔架等。齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此， 没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体 积、降低运行维护成本等诸多优点。直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击 载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机 的极数非常大，通常在100 极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行 整机吊装维护。国内外基本研究情况直驱式风力发电机始于 20 多年前，由于电气技术和成本等原因，发

9、展较慢。随着 近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为 领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大 的挪威风力发电场，最高效率达 98%。1997 年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高 产能、运行维护成本低的先进机型有 E-33、E-48、E-70 等型号，容量从 330 千瓦至 2 兆瓦，由德国 ENERCONGmbH 公司制造，它们的研制始于 1992 年。2000 年，瑞典 ABB 公 司成功研制了 3 兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力 发电机Wind fo

10、rmer,容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。2003年，在Okinawa 电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2 兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原 弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2 兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组 已试车成功；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、。1.2 国内外研究现状及发展趋势国内研究现状及发展趋势：我国虽然是在 20 世纪70 年代就开始研制大型并网风力发电机组，但直到在 90 年代国家“乘风计划”的支持

11、下，风力发电才真正从科研走向市场。在国家有关部委的支持下，额定功率为Zoowk、250WK、300wk、600姗的风力发电机组已研制成功，ZOOWkv 600wk 的大型风力发电机组制造技术已基本掌握，并开始研制兆级风力发电机组。我国 自主开发的200WK300wk级风力发电机组的国产化率已超过9%,此外还开发了一批风 光、风柴联合发电系统。浙江省机电设计研究院研制的风力发电机组，于 1997 年 4 月 通过了国家级技术成果鉴定,同年 12 月又完成了中试样机的研制。由上海蓝天公司主 持研制的 300wk 风力发电机组,1998 年初在南澳风电场投入并网运行,目前运行情况良 好。在600wk

12、风力机研制方面，由国家科委立项，新疆风能公司、浙江省机电设计研究 院等单位主持的大型风力机国产化项目也迈出了坚实的步伐。到2003 年,我国已在 11 个省区建立了 27 个风电场，东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心近，海上 风电场必将成为今后我国新兴的能源基地。虽然我国近几年风力发展很快，装机量以每年 20%以上的速度递增，%。相比国 外，我国在风力发电技术的研究上比较落后，企业生产规模小，工艺技术落后，一些原 材料和产品国产化程度低，重要原材料和零部件以及大容量的风力发电装置绝大多数依 靠进口。国内自制的风力发电机多为异步发电机，不能做到变速恒频发电，不能有效地 利用各种风况下的风

13、能。总体上，我国的风力发电目前仍处于起步阶段。为更好地实施国家可持续发展和西部大开发战略，国家计委、科技部、国家经贸 制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，其中包括国家的光明工程和 863 计划后续能源技术主题等国家科技发展项目。我国风力发电在国家的重视和政府的 支持下，必将有广阔的发展前景。国外研究现状与发展趋势：首先从装机容量上来看近几年世界风力发电的发展。到2001 年，全球总装机容量 为25273MW，其中德国装机容量为8000WM，名列首位，占世界风电装机容量的30%。美 国装机容量达4000WM，名列第二。西班牙为3300WM，名列第三。丹麦装机容量2650WM， 英国6

14、50WM，中国为400WM，到2002年底，世界总装机容量为32037WM，%，据预测，在 2001-2005的5年间，全世界新增风力发电设备的发电能力约为39010WM，预计2020年 的世界风力发电量将占全世界总发电量的 10%。1.3 本课题研究的内容本文以变速恒频直驱式风力发电为控制对象，对由其构成的风力发电系统及其相关的 控制技术进行研究，研究内容主要包括以下几个方面：1. 深入研究变速恒频风力发电技术；2. 针对变速恒频风力发电技术，相应提出同步风力发电的控制策略；3. 设计搭建实验平台，用于测试控制策略的可行性；4. 完成主要控制部分的软件设计；5. 结合平台完成实验并分析实验结

15、果。1.4 本课题研究方案本文首先从传统的风力发电机组开始分析，研究变速恒频直驱风力发电技术与其具 有哪些不同以及具有的优势，然后谈及同步风力发电机组的控制略、运行原理和发电系 统的组成。研究方案中好包括控制系统中硬件部分的组成和软件部分的组成，如何通过 仿真模型实验来验证这种控制方案的实施。研究目标、主要特色及工作进度研究目标。主要特色伴随着风力发电产业的发展和对风能利用水平要求的不断提高，风力发电的控制 系统一直处在人们关注的焦点之下，是人们不断研究和改进的对象。同步风力发电机系 统以其无齿轮箱、输出有功功率和无功功率可调等优势曾经博得过人们的青睐，但因其 难以满足恒速频的控制要求一度退出

16、风电舞台。现在，电力电子技术的发展使得同步风 力发电机的控制变得更加简单，变速恒频技术的进步给同步风力发电机的应用提供了更 广阔的空间。变速恒频直驱风力发电技术的优点有：可以实现最大风能获取，对永磁机组而言 有较高的效率；有较高的转速运行范围，可在-30%+15%的转速范围内运行，没有齿 轮箱，可靠性好；控制简单，可灵活地调节有功和无功功率。第二章 传动装置的总体设计传动装置总体设计的目的是分析或确定传动方案、选定电动机型号、计算总传动比 并合理分配传动比、计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件和装配 图设计准备条件。2.1 分析或确定传动方案传动比的分配和传动方案机器一般由原动

17、机、传动装置、工作机和控制系统四部分组成。其中传动装置至关 重要，常用的传动装置有：齿轮传动、链条传动、带传动、凸轮机构传动、蜗杆涡轮传 动。其中链条传动运动不均匀，有冲击和周期性速度波动，噪声较大，不适用于高速传 动和大传动比传动；带传动虽然传动平稳，噪声小，但是由于带传动多数用于传递载荷， 所以也不适用于偏航系统中；综合各种传动装置的优缺点，并考虑到风力发电机组的传 动比很大，所以选择蜗杆传动。蜗杆传动的优点是结构紧凑、传动比大，以蜗杆为主动 轮可以实现大传动比传动。在发电机组的偏航系统中选择蜗杆传动作为减速装置，将能 够满足减速要求。传动比的确定对于机器运转来说十分重要，传动装置的总传动

18、 i 由选定的电动机满 载转速nl和工作机主动轴转速n2确定，即i = nl/，总传动等于各级传动之积。根据电 动机的额定转速和最后蜗轮的转速可得总的传动比等于1500/=3000，分配传动比时应考 虑以下原则：（1）应使各级传动比均在荐用值的范围内，以符合各种传动形式的特点，并使 结构紧凑。（2）应使各传动件尺寸协调，结构均匀合理。（3）应使各传动件彼此不发生干涉碰撞。（4）应使各级大齿轮侵油深度合理（低速级大齿轮侵油稍深，高速级大齿轮能侵油），同时要求两大齿轮的直径相近。通常在展开式二级圆柱齿轮减速器中，低速级中心距大于高速级中心距。根据上述分配原则，下面给出分配传动比的方案：(1) 对于

19、高速级采用标准齿轮箱传动，根据选定的额定功率和转矩 确定高速级传动比为50，查减速箱标准手册，选用圆弧圆柱蜗杆传动， 标记为 CW 63-50-1 F JB/T7935T999.(2) 低速级采用蜗杆传动，根据GB/T10085-1998的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)； 蜗杆用45钢，蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HRC，蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSnl0Pl,金属模铸造；齿面按接触疲劳强度进行设计a 3 KT /、2J 2简)蜗轮上转矩t2Z=1,估取效率n=，则T = X 106 P=X 1062n/载荷系数=1，由表11-5选取KA =，,Kv=K=Ka % Kv=XX 1 -从图11

20、-18查得Zp=16叫2Zp :假设d=查表 11-7，得oH = 268MI唧Khnqhz=218MEJx 1400000 X (i60)aX 1400000 X160X取中心距a=200mm，因i=60，查表11-2，取模数m=5mm， d=90mm，这时虫=，查图得,1azp丄，因为zpvzp，所以计算结果满足可用。1. 蜗杆的主要参数； 轴向齿距P =， q=18mm，丫=31047， d =100mm， d 二，轴向齿距S =，aa1f1a2. 蜗轮的主要参数；蜗轮齿数Z2=62，变位系数x2=0，m=5mm，验算传动比i =Z1=62，传动比误差为62二=%，是在允许的误差范围内。

21、 z260d9 =mz9 =310mm， a二m(q+z2)=5x(i8+62)mm=200mm，2 2 2 2oF = YF 代 。F dFa2 pFd1d2m当量齿数z =一 =62=v2 cos y3COS3010473根据x2 = 0, z 2 =，从图11 19中可查得齿形系数YF2 =.2v2Fa2螺旋角系数Yp = 1 -丄=_ =p140计算弯曲应力从表11-8中查得由ZCuSnlOPl制造的蜗轮的基本许用弯曲应力耳=56MPa。 寿命系数K = J=F2N X107oF = 56 x=o = xx948400 xx=, MPaF 80x328x8弯曲强度是满足的。n =（）t

22、an ytan（Y+9v）已知Y = 31047“； % = taHfv； fv与相对滑动速度与相对滑动速度Vs相关。V nd】=nx80x1450= /s 60x1000cosy60x1000 cos 31047”从 表 11-18 中 用 插 值 法 查 得fv =甲v =；代入式中得n =，大于原估计值，因此不用重算考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T 10089-1988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f,标注为 GB/T 10089-1988。然 后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。，。6. 绘制工作图如图（1）所示1）电动机的选择电

23、动机是由专门工厂批量生产的标准部件。设计时要根据工作机的工作特性、工作 环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构、容量和转速，并在产品目录中选出 其具体型号和尺寸。（1）.选择电动机的类型和结构形式电动机分交流和直流两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此无特殊要 求时均采用三相交流异步电动机，Y系列三相异步电动机由于结构简单、工作可靠、价 格低廉、维护方便，因此广泛用于机械上。按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电 压380V。根据5KW风力发电机的功率和转速要求，选择电动机的转速为1500r/min，功 率为150W，至此，电动机的转速和功率已完

24、全确定。（1） 各轴的转速减速箱输入轴 I 轴nI = nm = 1500r/min减速箱输出轴H轴n =丑=1500r/min = 30r/min ij50蜗杆轴III轴nIII = nII =30r/min涡轮轴IV轴n n iii 30r/min IViii602）各轴的输入功率I轴PI Pdni 150 xu 150WII 轴PII Pin2 150 x 105WIII 轴PIII Plini 105xu 105WIV轴（3）各轴的输入转矩PIV 加2 105x 电动机轴的输出转矩Td =x 106 -Pd=x 106x mm所以I轴T T n =955N mmId 1II 轴片Tin

25、2iI 955 x 50 x 33425N mmIII 轴TIII 片33425N mmIV 轴TIV TIII n2iII 1403850N mm将上述计算结果汇总于下表，以备查用。魅辭哈Wi/ /nin刪0.15955150010,99IS0,159551500哺0.1053342590500.7in#0.105334253010.99iv40.07351403850.5600.7第三章 风电机组零部件的设计风力发电机组是由三根叶片、一个轮毂、一个整流罩、一个发电机、一个焊接件以 及装在焊接件上的制动器、电器柜、驱动偏航系统的三相异步电动机、焊接件底端接 在内法兰上，内法兰套上外法兰，其中

26、有推力球轴承用于承担轴向载荷，深沟球轴承承 担径向载荷，外法兰安装在塔架上。3.1 叶片的设计及其形状直驱式风力发电机组叶桨直驱式风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁 同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步电动机组其优点如下：（1） 由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风力机组的效率；（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7）

27、由于减少可部件数量，使整机的生产周期大大缩短。直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入 风速。在高风速的情况下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。这 样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们对机组叶片上的气动性 能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组性能的影响。叶片的结构是高端的曲面造型结构，叶片的扫掠面积应尽量做大，这样就能捕捉到 最大的风速，叶片在风力的作用下转动，从而带动发电机的转子转动，实现发电

28、，叶片 通过螺钉连接在发电机轮毂上，从而带动轮毂一起转动。轮毂的设计及其形状轮毂是发电机组头舱的重要组成部分，轮毂是连接叶片的重要元件，轮毂是球形对 称元件，三根叶片呈 120安装在轮毂上，轮毂也是连接发电机的中间过渡性元件，轮 毂与发电机的连接是通过螺栓实现的。轮毂外面套有整流罩，以保护轮毂的正常运转。 轮毂是用 45钢加工出来的。轮毂的设计应注意以下因素：(1)轮毂的大小应考虑到叶片的根部直径,KW风力发电机的叶片根部直径为120mm,考虑到轮毂安装叶片的孔径是在球体上截出一个平面而成，所以轮毂的直径既要 能够保证叶片装在里面有足够的空间,又要保证轮毂的大小与风机的整体尺寸相 协调。所以经

29、过勾股定理的计算以及各方面的综合考虑能够得到轮毂的理想直径 为500mm，具体算法如下图(2)2)整流罩的结构及其形状整流罩是装在轮毂上的零件，其主要作用是固定轮毂和叶片的相对位置，使其不能 发生相对转动，整流罩通过叶片的圆弧曲面定位，整流罩的端面与发电机连接在一起， 其连接是通过螺栓实现的，从而能够将风能转化为机械能，进而通过发电机转化为电能， 实现发电。整流罩的设计应该考虑一下内容：（1） 整流罩的大小应保证轮毂能够顺利装进其中；（2） 整流罩那上面的三个叶片孔，应该与轮毂上的三个叶片孔有很好的同轴度要求；（3）整流罩的端面大小应该与电动机端面良好的接触，并且大小适中，以便于螺栓连 接；（

30、4）整流罩的整体尺寸应该圆滑过渡，外形应该便于机加工。 综合考虑到以上注意事项，整流罩的三维建模可以以轮毂的外形曲面为标准，然后 按照整流罩的厚度，偏置曲线，就能得到整流罩的外形轮廓。发电机的输入轴的直径为 100mm，输出轴为0150mm，输入端面为0300mm，输出端面为0400mm，所以整流罩的端面 尺寸可以定为0300mm,整流罩上的三个叶片孔呈120均布。具体形状如下图所示（2）：2）底板的结构设计及其形状（焊接件）焊接件是连接风电机头和偏航系统的桥梁，焊接件的材料是铸铁，通过焊接而成， 其主要作用是前端连接发电机，并且在其上装有制动器，以便发电机能够随时制动，发 电机正常发电的时候

31、，制动器不工作，只有在停止发电的时候踩制动，制动器的工作原 理是通过伺服电机带动制动钳工作，而制动钳则可以在伺服电机的作用下放开和压紧， 而发电机的输出轴上装有联轴器，制动钳通过限制联轴器的 回转，从而控制发电机的运转，实现制动。焊接件上同样装有偏航系统，偏航系统是由三相异步电动机和蜗杆减速箱以及二级 蜗轮蜗杆减速装置等主要零件构成，三相异步电动机是动力装置，它为偏航系统提供能 源， 然后通过联轴器将电机轴和减速器的输入轴联接起来，从而带动减速器工作，实 现一级减速，减速器的输出轴与蜗杆相连，从而带动蜗杆转动，蜗杆与涡轮啮合带动涡 轮转动，而涡轮轴即内法兰，通过法兰的作用（具体工作情况详见下章

32、）带动底板转动， 从而实现偏航，偏航的目的是为了使风力发电机捕捉到最大风速，对准最大风速，从而 使得叶片以最大转速转动，进而以最大转速带动发电机发电，提高发电效率。焊接件的前端与发电机相连，其尺寸是由发电机的端面尺寸决定的，焊接件需要加 加强筋，因为焊接件需要拖着风力发电机前端的轮毂和整流罩，所以必须加强强度，焊 接件的整体长度和宽度则由上面的零部件确定，根据偏航系统的整体尺寸确定焊接件的 长度为800mm,宽度为560mm,而偏航系统的安装则通过焊接在底板上的零件进行固定。 具体尺寸及其形状详见下图（3）：3）法兰组件的设计及其形状法兰（Flange）又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使底板与塔架相

33、互连接的零件，连接 于塔架上端。法兰连接或法兰接头,是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组 合密封结构的可拆连接,用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼,螺栓使两 法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰和焊接法兰和卡夹法 兰。法兰的材质是WCB （碳钢）、LCB （低温碳钢）、LC3 （%镍钢）、WC5（%铬），风力发电 机的法兰是由内法兰和外法兰组成，内法兰同样也是蜗轮轴，通过键与蜗轮连接在一起， 蜗轮的轴向定位则通过内法兰的轴肩来实现，上端用一个压盖压住，防止齿轮发生窜动， 蜗杆两端通过轴承支座来支撑，轴承支座里面装有角接触球轴承，承担径向载荷和轴向 载荷，

34、轴承支座通过螺栓固定在底板上，从而实现蜗杆的定位，制动器则安装在底板的 桁架上，电器柜也是通过螺栓实现定位，减速箱与电动机的中心轴需要对齐，所以在电 动机的底端需要焊上支座，以使两轴正常连接，然后再通过联轴器连接在一起，外法兰 与底板也是通过螺栓连接的，在内法兰上装有推力球轴承，用于承担轴向载荷，推力球 轴承的轴向定位分别是内法兰和外法兰，在外法兰上装有深沟球轴承，深沟球轴承是传 递运动的重要组成部分，它将动力元件传到内法兰上的运动转移到外法兰上，进而通过 外法兰传递给底板，底板实现运动后带动整个机舱回转，从而实现偏航，所以说整个焊 接件可以说是偏航系统的重要环节，也是风力发电机的重要环节。其

35、中蜗杆轴的示意图 如下图所示（4）：（4）由上图得知，右端是安装角接触球轴承的，中间部分为蜗杆，左端对称部分也是装配轴承的，再通过键的连接，将其连接在蜗杆减速箱上。内法兰的三维模型如下图所示（5）：5）由上图我们可以看出，内法兰是连接蜗轮与塔架的中间过渡性元件，内法兰通过 M16 的螺栓与塔架连接在一起，上面则通过键与蜗轮相连，蜗轮的轴向则通过轴肩进行定位， 在内法兰的外端套有推力球轴承，推力球轴承通过外法兰固定在内法兰上，综合来说， 就是通过内外法兰的配合来实现深沟球轴承和推力球轴承的定位。而为难了节省材料， 可以将内法兰做成空心的，外法兰则是连接底板和内法兰的重要零件，外法兰通过 M12

36、的螺栓与底板相连，下端按在内法兰的底盘上，外法兰的三维模型如下图所示（6）:6）风力发电机组总装件的设计通过风力发电机组各零部件的设计，我们已经得到了总装图的总体情况，综上所述可以知道风力发电机组是由叶片、轮毂、整流罩、发电机、焊接件、偏航系统、塔架等零部件组成。通过各零部件的装配，可以得到总装图的三维模型如下图所示（7）：（7）风力发电机组的整体设计，是基于风力发电机组的功率以及经济性和可行性的基础上完成的。具体零件校核详见第三章。第四章 零件的校核轴的校核（1）蜗杆轴的校核初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调制处理。根据表15-3,取A。=112，于是得d . = A 3p3 =

37、 112 xmin0Nn3输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径dI-II，如下图所示，为了使所选的轴的直径dI-II与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。按照计算转矩Tca = KAT3，查表14-3，考虑到转矩变化很小，故取人人=,贝9:T = K T =x=ca A 3计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用 caHL4型弹性联轴器，。半联轴器的孔径d = 35mm故取=35mm，半联轴器长度L=80mm。轴的结构设计，拟定轴上零件的装配方案，装配方案在前面已经分析，两端用轴 承支座支撑，中间用蜗杆轴，左端连接联轴器，并且接在蜗杆

38、减速箱上。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II轴段需制出一轴肩，故取II-III段的直径 d n = 40mm左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=42mm。半联轴器与轴II-III配合的毂孔长度L1 = 82mm 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面 上，故I-II段的长度应比L略短一些，现取l_i=80mm。（2）初步选择滚动轴承。因为轴承同时承受轴向载荷和径向载荷，故选用角接触球 轴承。参照工作要求选取滚动轴承的内径d=40mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游 隙组、标准精度的单列角接触球轴承7004AC，其尺寸为dx D

39、x T = 40 x 62 x 28mm, 故 dii_in=40mm，而l二28mm。右端滚动轴承采用轴肩定位。由手册上查得 7004AC 型轴承的定位高度 h=5mm，因此，取 dIII-IV = 50mnL轴向零件的周向定位，齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按dIV_v有 表查得平面截面bxhxl = 20 x 14x 80mm,键槽用键槽铳刀加工，同时为了保证齿轮 与轴具有良好的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为垃；同样，半联轴 h6器与轴的连接，选用平键为16x10 x70mm, -，此处选轴的直径尺寸公差为m6.(2) 确定轴上的圆角和倒角尺寸，参考表15-

40、2，取轴端倒角为2x45。，各轴肩的 圆角半径见图 15-26.(3) 求轴上的载荷，轴的受力示意图如下图所示：Fr1 = Fr2=F tana=xtanancos yFr2HTA-rEH-rlHFr1H求解得；Fr1vFr2v所以Fr1 = VFr2=VM1maxM2maxT=轴的弯矩，扭矩及弯扭合成图如下所示：T=406449N,nn按弯扭合成强度进行轴的强度校核。进行校核时，通常只要校核轴上承受弯矩和扭矩最大的工作截面，即危险截面，根据上面的数据以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=，轴的计算应力=JMi2 + (叫)2 = ”077832 + (x)=caWX 903=前已

41、选轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得o 1 =60MPa。因此。ca S，故可 ca知其安全。0.08C轴承的校核如前所述，选取的轴承为角接触球轴承。其示意图如下图所示：轴承的受力计算求轴承的计算轴向力Fa1、Fa2对于7000AC型轴承，按表13-7，轴承的派生轴向力Fd = eF，其中，e为表13-5中的判断系数，其值由C0的大小确定，但现轴承轴向力Fa未知，故先取。=，因此可估Fd1Fd2轴承 1 被压紧，轴承 2 被放松，所以：Fa2Fa1 = Fae +Fd2求轴承当量动载荷卩和卩2因为J = _ = 所以由表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向Fr1载荷系数

42、为轴承 1 X1 =Y1 =所以 P1 =+= (x + x)=Lh = 5 x 300x 24h= 36000h基本额定动载荷C = P60nLh =x 360X60X36000106106N、N=所以选取一对 7308AC 轴承，满足要求。键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能 实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键的连接的主要类型有：平键连接、半圆 键连接、锲键连接和切向键连接。在此装置中选取双圆头平键连接。由于蜗轮轴的直径 为90mm，查表11-27得键的尺寸为bxh= 25 X 14,考虑到此轴段的长度为108mm, 所以选取键的长度为90mm。

43、键连接在选出键的类型和尺寸后，还应该进行强度校核计 算。对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接（静连接），其主要失 效形式是工作面被压溃。假设载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件 为= 2TX103 。P kid L P其中 T传递的转矩k-键与轮毂槽的接触高度，k=，此处h为键的高度，mm；l-键的工作长度，mm,圆头平键l=L-b，这里L为键的公称长度。d轴的直径， mmP键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用应力， MPa。P键、轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用应力p=100120MPa，取其平均值， p=110MPa。键的工作长度l=L-b=90-25=6

44、5mm,键与轮毂键槽的接触高度k=7mm。 由上式可得 = 2xTx103 = 2X1684620 MPa = =110MPa，可见连接的挤压强度足够。p kid 7x65x90p键的标记为：键25X 90 GB/T1096-2003 （般A型键可不标出“A”对于B型或C型键，需将“键”标为“键B”或“键C”）。第五章 心得体会紧张而又辛苦的毕业设计结束了，当我们快要完成老师下达给我们的任务时，我 仿佛经历一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿时心旷神怡，眼前豁然开朗。当拿到毕业 设计课题时，心情确实有点沉重，有点不知所措，但是当毕业设计进行到接近尾声的时 候，心里又有点不舍，很是怀念这段难忘的时间

45、，下面是这段时间内，我的一些心得和 体会。毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职 业工作前的一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体 会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一 步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真的是有点累。然而，当我着手清理自己的设计资料，分析数 据，用UG画出实物零件，然后再用Auto cad画二维图，仔细回味这段日子的心路历程， 一种少有的成功喜悦即刻使我们的倦意顿消，虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人 生中的一点小小胜利，然而它令我感受

46、到自己成熟了许多，令我有一种“春眠方觉晓” 的感悟。我们清楚的意识到，做毕业设计不是一件容易的事，但给我们更多的是收获。 通过这次毕业设计我们深刻的体会到：做设计是苦力活但要细心；实践动手做比空想强； 合作精神是强大的；老师是很好的资源，要向他挖掘。人们说：美好景色在顶峰，人克服困难换来成功的喜悦才是最幸福的事。毕业设 计做完了，画上一个完美的句号，也尝到成功的味道，但慢慢的人生还需继续努力。面 对日趋激励的就业形势，我们相信只要学好知识技术，以一种刻苦勤劳的精神对待工作， 我们定会活出不平凡的人生。以上是我的毕业设计心得，略表心情。参考资料1 .风力发电机组生产及加工工艺/任清晨主编。北京：

47、机械工业出版社，20102 .机械制造工艺学/王先逵主编。北京：机械工业出版社，2006.3 .机械设计/濮良贵、纪名刚主编。北京：高等教育出版社，20064 .机械原理/孙桓、陈作模、葛文杰主编高等教育出版社，20065 .风力发电机组设计/芮晓明主编机械工业出版社6 .机械设计手册/成大先主编机械工业出版社7 .现代工程图学/周良德主编湖南科学技术出版社8 .互换性与技术测量/廖念钊主编中国计量出版社9 .机械设计课程设计指导书/宋宝玉主编高等教育出版社10 .减速器选用手册/周明衡主编化学工业出版社附录：DESIGN AND DEVELOPMENT OF A 1/3 SCALE VERT

48、ICAL AXIS WIND TURBINE FOR ELECTRICAL POWERGThe Peng day express Strasser Craig Wen PengGansu Province Department of Science and Technology ComputingCenterChina Gansu Province, Lanzhou City, 730 030E-mail: pts22University of Southern QueenslandToowoomba, Queensland 4350, AustraliaE-mail: wenAbstract

49、：This research describes the electrical power generation in Malaysia by the measurement of wind velocity acting 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 s

50、caled H-type vertical axis wind 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 wind power and belt power transmission system has been considered. A set of blade and drag devices have been designed for

51、 the 1/3 scaled wind turbine at the Themal laboratory of Faculty of Engineering. University Industri Selangor(UVISEL).Test has been carried out on the wind turbine with the different wind velocities of m/s , m/s and m/s. From the experiment, the wind power has been calculated as W, W and . The maxim

52、um wind power is considered in the present study.Keywords： Belt power transmission system; Reynolds number; wind power; wind turbineIntroductionBOSTON-The Museum of Science in Boston shared data Tuesday for an experiment its conducting on small wind turbines. Five turbines have been operating on the

53、 museums roof for the past several months, three of which you can see here.The bottom line on the return on investment is that this location does 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 educati

54、onal exhibit in the museum. And wind professionals from the area, and even around the country, are interested in the museums experience with the different technologies and permitting processes.The small wind lab at the Museum of Science quickly discovered that the wind resource on the roofs of the m

55、useum buildings was moderate, and not sufficient to deliver a compelling return on investment. As an educational endeavor, though, the project is still providing information, including data on the performance of the five different turbine types.This Skystream small-wind turbine from Southwest Windpo

56、wer, one of the more popular products, has been shown to perform as advertised, according to the staff of the small-wind lab. This turbine was the closest to being plug and play, the staff said.Heres a closer look at the Windspire vertical axis turbine from Windspire Energy, with the Leonard Zakim B

57、unker 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 museums experiment.The turbine, made of aluminum air foils, is actually designed in three sections, which reduces stress on the structure when theres

58、 a significant difference in wind speeds between the top and the bottom of the turbine. Though it spins even in slow winds, it doesnt start generating electricity until wind reaches miles per hour.The size of this turbine from Proven Energy in Scotland made it a challenging installation job, which r

59、equired 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 theater. The Museum of Science wanted to ensure the turbine didnt cause vibrations or noise, which it hasnt. The building on t

60、he left is the Boston Garden.This view of the back of the Museum of Science shows a bank of fanlike smallwindturbines from Aerovironment on the roof. These turbines, which are also installed at Bostons Logan airport, didnt perform as well as they should have, according to the museum, and had technic

61、al problems, including a broken fin.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 mouth of the Charles River. Permitting was challenging, as the site is half in Cambridge and half in Boston and the landlord is the states parks agency.This a closer view of the Aerovironment turbines and their placement on the building. The idea is to have banks of the