畢業設計十千瓦風力發電機設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 in A 110 2 中心軸鍵的選擇 根據中心軸查表 b 25mm h 14 軸 t 90 轂 54 L 90 輕微沖擊取 33 T 該鍵合理 34 式中 —— 許用擠壓應力 k—— 鍵與輪轂槽或軸槽的接觸高度 mmk h2h 為鍵高 l—— 鍵的工作長度 mmA 型 l LbB 型 l LC 型 l Lb2b 為鍵寬 中心軸軸段設計與校核 中心軸從左至右裝配的零部件分別為 1彈簧擋板調節螺母 2壓縮彈簧 3復位彈簧下擋板 4 圓盤固定螺母 5 帶輪轂圓盤 6 支撐軸承座 圓盤作用在中心軸上的力 35 式中 V —— 圓盤體積 —— 圓盤質量 kg F —— 圓盤自重施加在中心軸上的力 N 槳葉軸槳葉作用在中心軸上的力 槳葉軸 槳葉 36 式中 —— 六片槳葉槳葉軸與圓盤整體自重作用在主軸上的力 N 圓盤槳葉槳葉軸整體對主軸的彎矩強度校核如下 圖 31 中心軸裝配圖 Fig 31 Spindle assembly M 179。h 21582179。1615 34855179。 37 1049d 所以 d 90mm 主軸軸頸校核合理 式中 B—— 圓盤厚度 m r —— 圓盤半徑 m —— 槳葉軸質量 kg —— 槳葉質量 kg 32 風輪機的槳葉與槳葉軸設計 槳葉由松木作為骨架外包一層 1 毫米厚的鋁皮選用木制骨架目的是減輕槳葉重量外包的鋁皮也可防止外界的腐蝕槳葉的軸采用偏心放置這樣可在風力過強時便于調速 風力機也是一種葉片機風輪機的槳葉與機翼類似可用機翼理論描述槳葉很長沿徑向圓周速度不同在不同的槳葉截面上就有不同的來流相對速度有不同的進口沖角作用于槳葉上的力就不同如下圖 圖 32 槳葉受風情況 Fig3 2 Blades of the wind 風力機正常運行時的風速為風 1 相對速度此時槳葉與風 1 夾角 30 度此時槳葉受到的力為最佳當風速達到 8級風時其夾角為 0度此時槳葉不受力風輪停止轉動 槳葉設計 水平軸風力機的風輪一般由 1～ 3 個葉片組成本設計中取 6 片槳葉它是風力機從風中吸收能量的部件葉片的結構有如下四種形式 1 實心木質葉片這種葉片是用優質木材精心加工而成其表面可以蒙上一層玻璃鋼以防雨水和塵土對木材的侵蝕 2 是用管子作為葉片的受力粱 在本設計中槳葉材料選用落葉松作為內部骨架外面包一層鋁皮木材物理力學性能見下表 表 31 木材物理力學性能 Table 3 1 Physical and mechanical properties of wood 順紋抗壓強度 MPa 順紋抗拉強 MPa 強度極限 彈性模數 順紋抗剪強度 MPa MPa MPa 522 1226 993 126 179。 徑向 弦向 88 70 V 28179。024179。005 00336 m＝ 式中 V—— 槳葉體積 m—— 槳葉質量 kg 圖 34 槳葉二視圖 Figure 34 Blade 2 View 槳葉軸設計 槳葉軸用于支撐槳葉和連接槳葉與輪轂的作用要有足夠的強度設計如下 圖 35 槳葉軸零件圖 Fig 3 5 Paddle axle parts map 槳葉軸體積計算如下式 V＝ 314 37 ＝ 731597 槳葉軸質量 m＝ V 7850179。 731597 574kg 38 最大設計風速時風吹過槳葉時風對槳葉軸的彎矩 M 由下式算得 39 式中 F—— 風對槳葉施加的力 N —— 風的密度 —— 風速 ms —— 槳葉面積 圖 36 槳葉受力簡圖 Fig 3 6 Blade force schematic 310 式中 H—— 槳葉的一半到槳葉軸危險截面的距離 m M—— 槳葉軸危險截面處所受彎矩 槳葉軸扭矩計算 311 式中 F—— 槳葉偏心面積所受風的吹力 N h—— 槳葉軸中心到槳葉偏心面積中心線的距離 m T—— 槳葉軸所受轉矩 槳葉軸的危險截面按彎扭合成強度條件校核 312 危險截面軸徑 d 取 45mm 式中 —— 許用抗拉強度極限 —— 彎扭合成強度 M—— 主軸彎矩 N T —— 主軸扭矩 N —— 當剪應力為脈動循環應變力時為 06 W —— 危險截面處的抗扭截面模量 —— 許用彎曲應力 d —— 危險截面軸頸 mm 槳葉與槳葉軸離心力的計算 圖 37 槳葉槳葉軸和圓盤布置圖 Fig 3 7Paddle paddle shaft and disk layout 034m 195m 574kg 1996kg 313 式中 —— 槳葉軸危險截面到主軸中心線距離 m —— 槳葉一半到主軸中心線距離 m F —— 槳葉與槳葉軸在轉動過程中的離心力 N 槳葉復位彈簧計算 當風力為 7 級風時 V＝ 12ms 此時槳葉軸所受轉矩 314 315 316 式中 F—— 槳葉傾角為 30 度時其偏心面積承受風的吹力 N T—— 風施加 給槳葉的轉矩 —— 六片槳葉所承受的總轉矩 當滾輪中心到槳葉軸中心距離 30mm 時 317 式中 —— 六片槳葉對彈簧的作用力 N —— 彈簧最小工作載荷 N 當風力為 8 級風時 V＝ 16ms 此時槳葉軸所受轉矩如下 318 319 320 321 式中 —— 彈簧最大工作載荷 h —— 工作行程 mm h 51961 52mm 圖 38 槳葉復位局部構造圖 Fig3 8 blades reduction of local structure plans 彈簧最大工作載荷 1489N 工作行程 51961 52mm 321 彈簧類別 圓柱螺旋壓縮彈簧 端部結構 端部并緊磨平支承圈為 1 圈 彈簧材料 碳素彈簧鋼絲 C 級 初算彈簧剛度 322 工作極限載荷 因是Ⅲ類載荷 ＝ 149884N 查表選＝ 1504N 表 32 彈簧材料直徑 d 及彈簧中徑 D 與有關參數 Tab 3 2 Spring material and diameter d spring diameter D and the parameters d D 8 80 1504 1903 79 有效圈數 n 查表取標準值 n＝ 65 圈 323 總圈數 ＝ n2 85 圈 324 彈簧剛度 Nmm 325 工作極限載荷下的變形量 mm 326 節距 t mm 327 自由高度 ＝ nt15d 158 188 mm 328 彈簧外徑 ＝ Dd 808 88 mm 329 彈簧內徑 ＝ Dd 80－ 8＝ 72 mm 330 螺旋角 ＝ arctan614 331 展開長度 L mm 332 最小載荷時高度 mm 333 最大載荷時的高度 mm 334 極限載荷時的高度 mm 335 實際工作行程 h h 122－ 71 51177。 1 mm 336 工作區范圍 337 高徑比 b b＝ 338 b≤ 26 不進行穩定驗算 總圈數＝ 85 旋向為右旋 展開長度 L＝ 2148mm 硬度 HRC 4550 最大心軸直徑 67mm 33 槳葉軸軸承座螺栓的設計 螺栓組結構 螺栓組結構設計采用如圖所示的結構螺栓數 z 4 對稱布置 圖 39 螺栓布置圖 Fig 3 9bolts layout 螺栓的受力分析 1 考慮在極限風速 20ms 時螺栓組承受以下各力和翻轉力矩的作用 軸向力 178。178。A178。 24 3 39 29098N 徑向力 R F 離心 G 槳葉 G 槳葉軸 338 G 槳葉 V 槳葉 g 28179。 024179。 005 179。 594179。 10 1996N 340 式中 —— 槳葉材料選用東北落葉松氣干密度為 594kg V 槳葉軸＝ 314 341 731597 ＝ 731597 一根槳葉軸的 m 178。 V 7850 179。 731597 574 ㎏ 342 G 槳葉軸 m178。 g 574179。 10 574N F 離心 m 槳葉 m 槳葉軸 343 1066075345 111952N 式中 —— 槳葉中心到主軸中心線的距離 —— 槳葉軸中心到主軸中心線的距離 R F 離心 G 槳葉 G 槳葉軸 344 1119521996574 137652N 翻轉力矩 M L 24 56784 345 式中 L—— 槳葉中心到第一個軸承座中心的距離 2 在軸向力 F 的作用下各螺栓所受的工作拉力為 346 3 在翻轉力矩的作用下前面兩螺栓受加載作用而后面兩螺栓受到減載作用故前面兩個螺栓受力較大所受的載荷為 347 根據以上分析可見前面的螺栓所受的軸向工作拉力為 348 4 在橫向力 R 的作用下底板鏈接接合面可能產生滑移根據底板接合面不滑移條件并考慮軸向力 F∑對 預緊力的影響則各螺栓所需要的預緊力為 349 查得聯結接合面間的摩擦系數 f 035 查得 02 取可靠性系數 12 則各螺栓所需要的預緊力為 350 123807N 5 螺栓所受的總拉力 Q N 351 確定螺栓直徑 螺栓的性能等級為 66 級查得 S 15 螺栓的許用應力 352 螺栓危險剖面