小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　基于開發(fā)風(fēng)能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性作了簡(jiǎn)要的介紹，且對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)和風(fēng)力機(jī)類型作了必要的說明。在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)作了細(xì)致的分析。首先，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了限速控制系統(tǒng)。本課題

2、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。這種發(fā)電機(jī)有體積小、噪音小、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低的特點(diǎn)，適合在有風(fēng)能資源地區(qū)的樓房頂部，供應(yīng)家庭用電，例如照明：燈泡,節(jié)能燈；家用電器:電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電 限速控制系統(tǒng) 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī) </p><p><b>　

3、　Abstract</b></p><p>　　Exploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters

4、 and types of wind generators are also narrated. Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly，Has carried on the design to wind-driven generator's overall mechani

5、sm, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small w</p><p>　　Key words：Wind power generation, Regulating control system, Small wind-driven generator<

6、/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　前言1</b></p

7、><p><b>　　1 概述2</b></p><p>　　1.1 開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因2</p><p>　　1.1.1 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力2</p><p>　　1.1.2 環(huán)境驅(qū)動(dòng)力3</p><p>　　1.1.3 社會(huì)驅(qū)動(dòng)力3</p><p>　　1.1.4 技術(shù)驅(qū)

8、動(dòng)力4</p><p>　　1.2 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.1 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.2 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3 風(fēng)力發(fā)電展望5</p><p><b>　　2 風(fēng)力機(jī)理論7</b></p><

9、p>　　2.1 基本公式7</p><p>　　2.1.1 風(fēng)能利用系數(shù)7</p><p>　　2.1.2 風(fēng)壓強(qiáng)7</p><p>　　2.1.3 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率7</p><p>　　2.2 工作風(fēng)速與輸出功率8</p><p>　　2.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率8</p>

10、<p>　　2.2.2 工作風(fēng)速與輸出功率9</p><p>　　2.2.3 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定9</p><p>　　2.3 風(fēng)能利用與氣象12</p><p>　　2.3.1 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義13</p><p>　　2.3.2 風(fēng)能利用中需要的氣象調(diào)查13</p><p>　　

11、2.4 風(fēng)的觀測(cè)13</p><p>　　3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)14</p><p><b>　　3.2 風(fēng)葉15</b></p><p>　　3.3 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p>　　3.3.1 設(shè)計(jì)要求

12、16</p><p>　　3.3.2 選加速器類型16</p><p>　　3.3.3 確定行星輪數(shù)和齒數(shù)17</p><p>　　3.3.4 壓力角(α)的選擇17</p><p>　　3.3.5 齒寬系數(shù)的選擇18</p><p>　　3.3.6 模數(shù)選擇18</p><p>　

13、　3.3.7 預(yù)設(shè)嚙合角18</p><p>　　3.3.8 太陽輪與行星輪之間的傳動(dòng)計(jì)算18</p><p>　　3.3.9 行星輪與內(nèi)齒輪之間的傳動(dòng)計(jì)算19</p><p>　　3.3.10 行星排各零件轉(zhuǎn)速及扭矩的計(jì)算20</p><p>　　3.3.11 行星排上各零件受力分析及計(jì)算20</p><p&g

14、t;　　3.3.12 行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核計(jì)算21</p><p>　　3.4 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算25</p><p>　　3.4.1 選型25</p><p>　　3.4.2 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性26</p><p>　　3.4.3 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩26</p><p>　　3.4.4 離合器的外徑

15、26</p><p>　　3.4.5 離合器牙間的壓緊力26</p><p>　　3.4.6 線圈槽高度27</p><p>　　3.4.7 磁軛底部厚度27</p><p><b>　　總結(jié)28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p

16、><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)。因此，能源和環(huán)境問題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)

17、境問題，使人們認(rèn)識(shí)到開發(fā)清潔的可再生能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。可以說，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究和進(jìn)行這方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義的，也是十分有必要的。</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因</p><p>　　風(fēng)能作為一種新能源它的開發(fā)

18、利用是有一定動(dòng)因的，而且隨著時(shí)間的推移，開發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因也在變化。下面將主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和技術(shù)進(jìn)步四方面來介紹風(fēng)能開發(fā)利用的動(dòng)因。</p><p>　　1.1.1 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　1.1.1.1經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化</p><p>　　能源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力供應(yīng)困難。與常規(guī)電網(wǎng)延伸和柴／汽油機(jī)發(fā)電相比，利用小

19、型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電有成本優(yōu)勢(shì)。例如在內(nèi)蒙古農(nóng)牧區(qū)，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本約2元/KW左右。如果用電網(wǎng)延伸的方法，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本高于8元/KW。在這些地區(qū)，利用汽油／柴油發(fā)電機(jī)的供電，考慮油料的運(yùn)輸成本，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本也要高于6元/KW。</p><p>　　1.1.1.2化石能源資源枯竭與供應(yīng)安全</p><p>　　進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后，人類在飛速發(fā)展自己的文明

20、過程中經(jīng)過了多次能源危機(jī)。人們開始認(rèn)識(shí)到，無限制地開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。目前石油儲(chǔ)量約1300億噸，年消耗量約35億噸，計(jì)今后25年中平均年消耗量將達(dá)50億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專家估計(jì)總儲(chǔ)量也不會(huì)超過2000億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。為了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急是尋找和研究利用其他可再生資源。</p><p>　　風(fēng)能作為新能源中最具工業(yè)開發(fā)潛力的可再生能源，

21、就格外引起人們的矚目。一些國(guó)家要靠進(jìn)口化石能源來滿足本國(guó)內(nèi)能源的消費(fèi)。風(fēng)能的開發(fā)利用可以減少對(duì)國(guó)外能源的依賴，并加強(qiáng)本國(guó)的能源供應(yīng)安全水平，國(guó)內(nèi)的化石能源價(jià)格變化較小，社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性也因此而增強(qiáng)。</p><p>　　1.1.1.3促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)、示范到商業(yè)化發(fā)展，最終進(jìn)入市場(chǎng)，將給整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)帶來新的

22、活力，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一種新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。一個(gè)國(guó)家如果開發(fā)利用風(fēng)能技術(shù)早，就有可能占據(jù)風(fēng)能利用的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　1.1.2 環(huán)境驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　除了人們?cè)缦日J(rèn)識(shí)到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來越多的人開始認(rèn)識(shí)到二氧化碳等溫室氣體的大量排放對(duì)全球氣候變暖給人類社會(huì)帶來的有害影響。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導(dǎo)致自然災(zāi)害的頻發(fā)、土地沙漠

23、化，使“地球村”的效應(yīng)更加明顯，各國(guó)都認(rèn)識(shí)到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。為減緩地球變暖，1997年在日本京都召開的聯(lián)合國(guó)氣候變化框架締約方第3次大會(huì)上，84國(guó)代表審議通過《京都議定書》，要求工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大幅度削減二氧化碳等溫室氣體排放量。這也迫使人們重視尋找其他可再生的替代能源。風(fēng)能在能源轉(zhuǎn)化工程中不會(huì)產(chǎn)生任何排放量，因此除了不產(chǎn)生煙塵、二氧化硫等區(qū)域性污染外，也不會(huì)帶來全球環(huán)境污染。</p><p>　

24、　1.1.3 社會(huì)驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　風(fēng)能份額增加時(shí)，會(huì)創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機(jī)會(huì)。除了在工廠的生產(chǎn)和裝機(jī)工程中創(chuàng)造就業(yè)之外，在設(shè)備維護(hù)方面也會(huì)提供就業(yè)機(jī)會(huì)。另外，在一些國(guó)家（如歐盟國(guó)家）中，風(fēng)能開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)問題，得到了公眾的支持。許多民眾十分關(guān)注風(fēng)能的發(fā)展，并將利用風(fēng)能和其他可再生能源當(dāng)成他們的生活方式。綠色電力的發(fā)展就是一個(gè)典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價(jià)格購(gòu)買風(fēng)電和其他可再生能源電力

25、。</p><p>　　1.1.4 技術(shù)驅(qū)動(dòng)力</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，空氣動(dòng)力理論的不斷發(fā)展、新型高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)械、電氣、電子元件制造技術(shù)的成熟，為風(fēng)電技術(shù)向大功率、高效率、高可靠性和高度自動(dòng)化方向發(fā)展提供了條件。</p><p>　　1.2 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀</p><p

26、>　　1.2.1 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀</p><p>　　20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制取得了巨大進(jìn)展。1987年美國(guó)研制出單機(jī)容量為3.2MW的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，安裝于夏威夷群島的瓦胡島上。1987年加拿大研制出單機(jī)容量為4.OMW的立軸達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，安裝于魁北</p><p>　　克省的凱普一柴特。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，單機(jī)容量在100KW以上的水平

27、軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究開發(fā)及生產(chǎn)在歐洲的丹麥、德國(guó)、荷蘭、西班牙等國(guó)取得了快速發(fā)展。到20世紀(jì)90年代，單機(jī)容量為100～200KW的機(jī)組已在中型和大型風(fēng)電場(chǎng)中成為主導(dǎo)機(jī)型。同時(shí)單機(jī)容量在1MW以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也研制開發(fā)成功，并在風(fēng)電場(chǎng)中成功運(yùn)行。世界風(fēng)電總裝機(jī)容量1997年底為746萬KW，1998年底為1015萬KW，1999年底風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究為1393萬KW，2000年達(dá)1845萬KW，2001年達(dá)2493萬

28、KW，2002年達(dá)3112KW，平均年增長(zhǎng)率在30%以上。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將超過1億KW，占?xì)W洲總發(fā)電量的20%以上。世界能源委員會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)1.8億～4.7億KW。</p><p>　　1.2.2 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀</p><p>　　中國(guó)風(fēng)力發(fā)電起步較晚，但發(fā)展較快。目前風(fēng)力發(fā)發(fā)電機(jī)組的研制開發(fā)重點(diǎn)分兩方面，一是1K

29、W以下獨(dú)力運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二是100KW以上并網(wǎng)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。</p><p>　　20世紀(jì)80年代中期，中國(guó)開始規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)。1983年在山東榮城引進(jìn)3臺(tái)丹麥55KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，開始并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范。1986年在新疆達(dá)坂城安裝了1臺(tái)100KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1989年又安裝了13臺(tái)150KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同年在內(nèi)蒙古朱日和也安裝5臺(tái)美國(guó)100KW機(jī)組，開始了中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的

30、試驗(yàn)和示范。特別近年來，中國(guó)的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2001年底，中國(guó)共建有27座風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)812臺(tái)，總?cè)萘?9.98985方KW。目前正處</p><p>　　于前期工作階段和正在建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)以遍及10多個(gè)省、市和自治區(qū)。</p><p>　　1.3 風(fēng)力發(fā)電展望</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)目前還在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在單

31、機(jī)容量不斷增大上。目前主流發(fā)電機(jī)組的功率，以上升到600～750KW，MW級(jí)的機(jī)組也成批生產(chǎn)，24MW級(jí)的機(jī)組已在實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)。這就必然要采用一些新的復(fù)合材料和新的技術(shù)。例如，單機(jī)容量不斷增大，槳葉的長(zhǎng)度也在不斷增長(zhǎng)，容量為2MW的風(fēng)力機(jī)葉輪掃風(fēng)直徑達(dá)72m。目前最長(zhǎng)的葉片以做到50m。槳葉材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂發(fā)展為強(qiáng)度高、重量輕的碳纖維。槳葉也向柔性方向發(fā)展。早期的一些風(fēng)力機(jī)槳葉是根據(jù)直升飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)的，而風(fēng)力機(jī)的槳葉運(yùn)行在與直升飛機(jī)

32、很不同的空氣動(dòng)力環(huán)境中。對(duì)葉型的進(jìn)一步改進(jìn)，增強(qiáng)了風(fēng)力機(jī)捕捉風(fēng)能的效率。例如，在美國(guó)，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)了一種新型葉片，比早期的一些風(fēng)力機(jī)槳葉捕捉風(fēng)能的能力要大20%。目前，丹麥、美國(guó)、德國(guó)等風(fēng)電科技較發(fā)達(dá)的國(guó)家，有許多專業(yè)研究人員在利用較先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)條件致力與新葉型的從理論到應(yīng)用的研究開發(fā)。在中、大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風(fēng)能。地處平坦地帶的風(fēng)力機(jī)。在50m高處捕提的風(fēng)能要比30m高處多20%。尤

33、其值得注意的是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近年來發(fā)展了一種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)</p><p>　　成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動(dòng)力效率，因而提高了捕捉風(fēng)能的效率，試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速6.7m/s時(shí)，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要比恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多捕獲15%的風(fēng)能，同時(shí)每由于機(jī)艙重量減輕和改善了傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費(fèi)用也可降低。其運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低。這是一種很有發(fā)展

34、前途的技術(shù)。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)未來的發(fā)展趨向?qū)⒓性冢禾岣邫C(jī)群安裝場(chǎng)地選擇的準(zhǔn)確性；進(jìn)機(jī)群布局的合理性：提高運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的最佳控制；進(jìn)一步降低設(shè)備投資及發(fā)電成本；總裝機(jī)容量在1MW以上的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將占據(jù)主導(dǎo)地位，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量將主要是百千瓦以上至兆瓦級(jí)的。</p><p><b>　　2 風(fēng)力機(jī)理論</b></

35、p><p><b>　　2.1 基本公式</b></p><p>　　2.1.1 風(fēng)能利用系數(shù)</p><p>　　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)Cp表示。橫截面積為s(m2)的氣流的動(dòng)能為</p><p>　　E=0.5ρSVf3</p><p>　　式中 ρ——空氣密度，㎏

36、/m3</p><p>　　Vf ——風(fēng)速，m/s</p><p>　　如果風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸功率為P,那么風(fēng)能利用系數(shù)為</p><p>　　CP=P/E=P/(0.5ρSVf3) （2-1）</p><p><b>　　2.1.2 風(fēng)壓強(qiáng)</b></p><p>　　如圖2-1a，根據(jù)伯努力

37、方程，風(fēng)中物體受到的風(fēng)壓Q為Q=0.5CPVf2</p><p>　　式中 C——空氣阻力系數(shù)與物體形狀有關(guān)，平板一般取2</p><p>　　Vf——風(fēng)與平板的相對(duì)速度</p><p>　　2.1.3 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率</p><p>　　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-l（b），并規(guī)定平板

38、上游一定距離上的風(fēng)速為Vf，平板的運(yùn)動(dòng)速度為V，那么平板吸收的功率可以表示為P=FV=QSV</p><p>　　式中 F——板受到風(fēng)的壓力，牛頓</p><p>　　S——平板的面積，m2</p><p><b>　　圖2-1 平板模型</b></p><p>　　F=QS=0.5CPS(Vf-V)2</p&g

39、t;<p><b>　　所以</b></p><p>　　P=0.5CPS(Vf-V)2V (2-2)</p><p>　　對(duì)給定的上游風(fēng)速玲，可以寫出以平板的運(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</p><p>　　dp／dv=CP(Vf-V)(Vf-V／3)</p><p>　　

40、令dp／dv=0，可以得到兩個(gè)解：</p><p>　　V1=Vf沒有物理意義</p><p>　　V2=Vf／3對(duì)應(yīng)于最大值</p><p>　　Pmax=0.5ρSV3f(4C/27)</p><p>　　CPmax=4C/27 (2-3)</p><p>　　從上式中可以看

41、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。</p><p>　　2.2 工作風(fēng)速與輸出功率</p><p>　　2.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率</p><p>　　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)Cpmax。但是，風(fēng)力機(jī)在制做過程中，由于受到各種條件的限制，做不

42、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η1表示。另外還有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率甲η2和發(fā)電機(jī)的效率η3等，所以實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的效率，可以表示為</p><p>　　η= η1·η2·η3</p><p>　　2.2.2 工作風(fēng)速與輸出功率</p><p>　　

43、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Vfmin，只有風(fēng)速大于Vfmin時(shí)風(fēng)力機(jī)才能工作。</p><p>　　當(dāng)風(fēng)速超過某一值的時(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Vfmax，最高風(fēng)速Vfmax與風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)

44、度有關(guān)，是設(shè)計(jì)時(shí)給定的參數(shù)。</p><p>　　最小風(fēng)速稱Vfmin，和最大風(fēng)速Vfmax之間的風(fēng)速叫做風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，相應(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。</p><p>　　2.2.3 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定</p><p>　　如何根據(jù)風(fēng)能資源來選用風(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

45、和額定風(fēng)速是關(guān)鍵。</p><p>　　（1） 雙參數(shù)威布爾分布 </p><p>　　風(fēng)能就是流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能。單位時(shí)間通過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)ρ為空氣密度，V為風(fēng)速，則風(fēng)能密度p=0.5ρv3，p隨V的立方增大，變化非?？?，故知道風(fēng)速的變化情況是利用風(fēng)能的先決條件。</p><p>　　風(fēng)速V是隨機(jī)變量，經(jīng)研究專家們多認(rèn)為用

46、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</p><p>　　其中K為形狀參數(shù)，無量綱，C為尺度參數(shù)，量綱為ms-1。不同地區(qū)，不同時(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。</p><p>　　圖2-2 威布爾分布函數(shù)曲線</p&g

47、t;<p><b>　　上式滿足</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　（2）起動(dòng)風(fēng)速 </b></p><p>　　啟動(dòng)風(fēng)速為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪由靜止開始轉(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

48、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。</p><p>　　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2ms-1，至6ms-1，這一范圍能滿足風(fēng)能豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)的不同需要。</p><p>　　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)上式求一階導(dǎo)數(shù)且令其等于O有</p><p><

49、b>　　解得</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　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)

50、果的風(fēng)力機(jī)最為理想。</p><p><b>　?。?）額定風(fēng)速 </b></p><p>　　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)。</p><p>　　己知風(fēng)能密度p=12ρv3，對(duì)一臺(tái)效率為?，槳葉半徑為廠的風(fēng)力機(jī)，輸出功率w(V)的威布爾分布函數(shù)為</p><p>　

51、　w(V)峰值對(duì)應(yīng)之風(fēng)速VP應(yīng)是額定風(fēng)速，此時(shí)風(fēng)力機(jī)提取的風(fēng)能最多。</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　?。?）風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系 </p><p>　　風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速、輸出功率與風(fēng)能的關(guān)系可以簡(jiǎn)單地如圖2

52、-3來表示(注:圖中縱坐標(biāo)表示輸出功率，單位為:w/m2;橫坐標(biāo)表示風(fēng)能，單位為:m/s)</p><p><b>　　A—理論風(fēng)能曲線</b></p><p>　　B—扣除空氣動(dòng)力損失后的風(fēng)力機(jī)吸收的功率</p><p>　　C—計(jì)算傳動(dòng)損失和機(jī)械能轉(zhuǎn)換損失后的功率曲線</p><p>　　D—發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率曲線&

53、lt;/p><p>　　圖2—3 功率與風(fēng)速的關(guān)系</p><p>　　2.3 風(fēng)能利用與氣象</p><p>　　2.3.1 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義</p><p>　　在前面已經(jīng)講述過，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，將帶來很大的

54、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。</p><p>　　2.3.2 風(fēng)能利用中需要的氣象調(diào)查</p><p>　　在風(fēng)能利用中，需要進(jìn)行四項(xiàng)氣象調(diào)查:</p><p>　　(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)

55、行估算。</p><p>　　(2)選定適合地點(diǎn) 在一年中，對(duì)通過強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)所的調(diào)查。</p><p>　　(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)間等量，必須了解風(fēng)力機(jī)軸高處的風(fēng)況。</p><p>　　(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。</p>

56、<p><b>　　2.4 風(fēng)的觀測(cè)</b></p><p>　　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)和性能研究以及開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性等提供條件。</p><p>　　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)

57、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)。</p><p>　　3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　現(xiàn)在，各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家均大

58、力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，雖然太陽能一直是新能源商業(yè)化的首選，因?yàn)樘柲艿脑O(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

59、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)！</p><p>　　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：</p><p>　　圖3-1小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)框圖</p><p>　　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，使空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)

60、械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。通過增速系統(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，通過逆變器后變成了220伏的交流電，供給用戶的家用電器。應(yīng)用范圍：</p><p>　　提供220伏交流電或24伏、36伏

61、或48伏直流電</p><p>　　照明: 燈泡,節(jié)能燈</p><p>　　家用電器:電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱；</p><p>　　該新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)為：</p><p>　　額定功率（ｗ）：300</p><p>　　輸出電壓（v）：24</p><p>　　啟動(dòng)風(fēng)

62、速（m/s）：2</p><p>　　額定風(fēng)速（m/s）：6</p><p>　　最大使用風(fēng)速（m/s）：20</p><p>　　發(fā)電機(jī)為額定功率300w，輸出電壓24v。</p><p>　　該新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單</b></p>

63、<p><b>　　易維護(hù)</b></p><p><b>　　運(yùn)行平穩(wěn)安全</b></p><p><b>　　抗強(qiáng)風(fēng)能力強(qiáng)</b></p><p><b>　　操作簡(jiǎn)單</b></p><p><b>　　價(jià)格低廉</b>

64、;</p><p><b>　　3.2 風(fēng)葉</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　圖3-2 帆翼式</b></p><p>　　3

65、.3 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.3.1 設(shè)計(jì)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)壽命5年，單班，一年365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，無嚴(yán)重過載，閉式傳動(dòng)。齒輪精度8-7-7，齒輪材料:20CrNiMoH，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。</

66、p><p>　　3.3.2 選加速器類型</p><p>　　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)。</p><p>　　圖3-3 NGW型行星齒輪加速器<

67、;/p><p>　　3.3.3 確定行星輪數(shù)和齒數(shù)</p><p>　　在行星齒輪加速器中選擇行星輪數(shù)：Nw=3</p><p>　　通過查表法確定了齒輪的齒數(shù)（機(jī)械手冊(cè)）：</p><p>　　總傳動(dòng)比 i =5.4</p><p>　　太陽輪齒數(shù) ZS =20</p><p>　　內(nèi)齒輪

68、齒數(shù) Zr =88</p><p>　　行星輪齒數(shù) Zp =34</p><p>　　3.3.4 壓力角(α)的選擇</p><p>　　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20o，因此，本次設(shè)計(jì)的變速箱采用20o壓力角，以提高加工刀具的通用性。</p><p>　　3.3.5 齒寬系數(shù)的選擇</p><p>

69、　　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Фd<0.7。齒寬系數(shù)小Фa=(b/a)，一般可取0.4--0.8，常取0.6--0.7。</p><p>　　3.3.6 模數(shù)選擇</p><p>　　齒輪的模數(shù)是決定齒輪大小和幾何參數(shù)的主要參數(shù)，它直接影響齒輪的抗彎曲疲勞強(qiáng)度。設(shè)計(jì)變速箱選取模數(shù)的大小，主要與下列因素有關(guān):</p>&l

70、t;p>　　1.齒輪上受力的大小，作用力大，模數(shù)也大。</p><p>　　2.與材料、加工質(zhì)量、熱處理質(zhì)量好壞有關(guān)。</p><p>　　對(duì)于模數(shù)(m)的確定，可以根據(jù)同類變速箱的統(tǒng)計(jì)，參考選擇。</p><p>　　下列為行星傳動(dòng)變速箱模數(shù)統(tǒng)計(jì)表:</p><p>　　通過以上比較，我確定本次設(shè)計(jì)變速箱的模數(shù)為:2.5mm。 <

71、;/p><p>　　3.3.7 預(yù)設(shè)嚙合角</p><p>　　嚙合角定義：嚙合齒的兩節(jié)圓的公切線與嚙合線的夾角（銳角）。 </p><p>　　預(yù)先設(shè)定嚙合角為：α,sp =20o30, α,pr=19o</p><p>　　3.3.8 太陽輪與行星輪之間的傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　?。?）計(jì)算

72、未變位時(shí)的中心距adsp </p><p><b>　　===67.5</b></p><p>　?。?）初算中心距變動(dòng)系數(shù)y,sp</p><p><b>　　==</b></p><p>　?。?）計(jì)算中心距并取圓整值</p><p><b>　　a=m()=7

73、0</b></p><p>　?。?）實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)ysp</p><p><b>　　==0.75</b></p><p>　　（5）計(jì)算嚙合角α,sp</p><p>　　cosα,sp===0.912323, =</p><p>　?。?）計(jì)算總變位系數(shù)xsp</p&g

74、t;<p>　　xsp==（20+34=0.827</p><p><b>　　（7）校核</b></p><p>　　xsp介于p7及p8之間，有利于接觸強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度，所以可用</p><p><b>　?。?）分配變位系數(shù)</b></p><p>　　xs=0.437

75、xp=0.39</p><p>　　3.3.9 行星輪與內(nèi)齒輪之間的傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　（1）計(jì)算未變位時(shí)的中心距adcr</p><p><b>　　===67.5</b></p><p>　?。?）計(jì)算中心距變動(dòng)系數(shù)ypr</p><p><b>　　==－0.25<

76、/b></p><p>　?。?）計(jì)算嚙合角α,rp</p><p>　　cosα,rp===0.9488, =</p><p>　　（4）計(jì)算總變位系數(shù)xrp</p><p>　　==(88-34)=－0.241</p><p><b>　?。?）分配變位系數(shù)</b></p>

77、<p>　　xr=xrp＋xp=-0.241＋0.39=0.149 </p><p>　　3.3.10 行星排各零件轉(zhuǎn)速及扭矩的計(jì)算</p><p>　　因效率對(duì)強(qiáng)度校核的扭矩影響比較小，因而在下面的扭矩計(jì)算中不考慮效率的影響。對(duì)行星排各零件的扭矩進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　MS:MR:MC= 1:α:(1+α)=1:2.4545:-

78、3.4545</p><p>　　因通過太陽輪輸出扭矩，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為2168(Nm)，故反方向計(jì)算，故太陽輪為輸入扭矩:</p><p>　　Mi=MS=2168(Nm)</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)的轉(zhuǎn)速為ni=1175（rpm） </p><p>　　太陽輪轉(zhuǎn)速 ns=1175（rpm）</p>

79、<p>　　行星輪轉(zhuǎn)速 np==1148（rpm）</p><p>　　3.3.11 行星排上各零件受力分析及計(jì)算</p><p>　　1．太陽輪S受力如下</p><p><b>　　圓周力Fts</b></p><p><b>　　根據(jù)公式 = </b></p>&l

80、t;p>　　式中Ms一作用在太陽輪上的扭矩Ms=2168 (N·m)</p><p>　　Cs一行星輪數(shù)目Cs=3</p><p>　　rs一太陽輪分度圓直徑rs=74.25 (mm)</p><p><b>　　徑向力Frs</b></p><p><b>　　根據(jù)公式 =</b>

81、;</p><p>　　式中 α一齒輪壓力角α=20o</p><p>　　β一分度圓上螺旋角β=0o</p><p>　　Frs1=9733×tg20o=3543(N)</p><p>　　2．行星輪P受力分析如下： </p><p>　　圓周力 Ftp=Fts=9733(N)</p>&l

82、t;p>　　徑向力 Frp=Frs=3543(N)</p><p>　　3．行星架C受力如下：</p><p>　　圓周力 Ftc=2Fts=29733=19466(N)</p><p>　　徑向力 Frc=0(N)</p><p>　　4．齒圈R受力如下：</p><p>　　圓周力 FtR1=Fts1

83、=9733(N)</p><p>　　徑向力 FrR1=Frs1=3543(N)</p><p>　　3.3.12 行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核計(jì)算</p><p>　　行星齒輪傳動(dòng)中的齒輪計(jì)算方法主要是按照GB3480“漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法”計(jì)算，并考慮行星傳動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算校核。</p><p>　　(1).彎曲疲勞強(qiáng)度校核<

84、/p><p>　　1.分度圓上的圓周力Ft</p><p>　　根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果，行星輪和齒圈上受力在前進(jìn)二檔時(shí)最大，所受的圓周力均為Ft=13360(N)</p><p><b>　　2.齒寬計(jì)算</b></p><p>　　太陽輪與行星輪的齒寬分別為48mm、46mm；齒圈的齒寬為54mm</p>&l

85、t;p>　　3.使用系數(shù)KA 查手冊(cè)得KA =1.25</p><p><b>　　4.動(dòng)載系數(shù)KV</b></p><p>　　太陽輪分度圓上的圓周速度，根據(jù)下列公式計(jì)算</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 VC一太陽輪相對(duì)于行星架的圓周速度（m/s）<

86、;/p><p>　　ds 一太陽輪分度圓直徑(mm) ds=148.5（mm）</p><p>　　ns一太陽輪轉(zhuǎn)數(shù)(rpm) ns=733(rpm)</p><p>　　ncp一行星輪相對(duì)行星架的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm) ncp=-716(rpm)</p><p>　　nc一行星架轉(zhuǎn)數(shù)(rpm) nc=212(rpm)

87、</p><p>　　代入公式 所以 ==4.05（m/s）</p><p>　　=1+（）=1.1（m/s）</p><p>　　同理可得 行星輪P ==4.06（m/s）</p><p>　　計(jì)算得 KV=1.10</p><p>　　齒圈R =</p><p&g

88、t;　　計(jì)算得 KV=1.114</p><p>　　5.齒間載荷分配系數(shù)KFa、KHa</p><p>　　因?yàn)?/b=3N/mm100N/mm 且為表面硬化的直齒輪。</p><p>　　所以 KHa =KFa=1.2</p><p>　　6.齒向載荷分布系數(shù) KFβ</p><p>　　對(duì)于太

89、陽輪、行星輪和齒圈，它們的齒輪寬度和行星齒輪的分度圓直徑比都小于1，則</p><p>　　KHβ= KFβ=1</p><p>　　7.復(fù)合齒形系數(shù) YFS=4 YFS=3.95 YFS =4.06</p><p><b>　　8.重合度系數(shù)</b></p><p>　　因?yàn)棣臿sp =1.47 ε

90、apr =1.583</p><p><b>　　=0.25+</b></p><p>　　太陽輪與行星輪Yε=0.76 行星輪與齒圈Yε=0.724</p><p>　　9.螺旋角系數(shù) =1-</p><p>　　因?yàn)棣?0 所以 YβA=YβC=Yβ=1</p><p>

91、　　10.彎曲應(yīng)力 σF</p><p><b>　　由公式：=</b></p><p>　　=×1.25×1.1×1.2×1×4.0×0.76×1×1.15=356.78(MPa)</p><p>　　=×1.25×1.1×1.2&#

92、215;1×3.9×0.724×1×1.15=367.6(MPa)</p><p>　　=×1.25×1.1×1.2×1×4.0×0.724×1×1.15=364.6(MPa)</p><p>　　11.彎曲疲勞強(qiáng)度的壽命系數(shù)YN</p><p>

93、　　=60rnt>3 所以 YNS=YNP=YNR=1</p><p>　　取σFlim=380Mpa</p><p>　　12.YST相對(duì)齒根的圓角敏感系數(shù)YδrelT </p><p>　　查表得 太陽輪、行星輪、齒圈的敏感系數(shù)均為YδrelT =1</p><p>　　13.相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)YRrelT</p

94、><p>　　查表得 YRrelT =0.9</p><p>　　14.應(yīng)力修正系數(shù) YST=2</p><p>　　15.齒輪的彎曲疲勞極限σ,Flim</p><p>　　由公式 σ,Flim=σFlimYNYSTYXYδrelTYδrelT</p><p>　　σ,FlimS=460×1×2

95、15;1×1×0.9=828（Mpa）</p><p>　　σ,FlimP=322×1×2×1×1×0.9=579.6（Mpa）</p><p>　　σ,FlimR=380×1×21×1×0.9=684（Mpa）</p><p><b>　　安全系

96、數(shù)S</b></p><p><b>　　===2.32</b></p><p><b>　　===1.57</b></p><p><b>　　===1.87</b></p><p>　　按具有高可靠性要求取最小安全系數(shù)SFlim=1.5 從而可看出：</p

97、><p>　　Ss>SFmin Sp> SFmin SR> SFmin</p><p>　　所以彎曲強(qiáng)度校核通過。</p><p>　?。?） 接觸疲勞強(qiáng)度校核</p><p>　　1. 接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù)kHa</p><p>　　太陽輪與行星輪嚙合時(shí)總重合度εy=εa=1.

98、47 查表得 kHa =1.2</p><p>　　齒圈與行星輪嚙合時(shí)的總重合度εy=εa=1.583查表得 kHa=1.2</p><p>　　2.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH</p><p><b>　　計(jì)算=</b></p><p>　　得ZH=2.3186</p><p><b>　　3

99、.彈性系數(shù)Zε</b></p><p><b>　　可由公式Zε=</b></p><p>　　得太陽輪與行星輪嚙合時(shí)Zε==0.918</p><p>　　齒圈與行星輪嚙合時(shí)Zε==0.8975</p><p>　　4.接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim</p><p>　　太陽輪與行星輪是

100、合金鋼滲碳處理，σHlim取1500Mpa</p><p>　　齒圈是合金鋼氮化處理，σHlim取1200Mpa</p><p><b>　　5.壽命系數(shù)ZN</b></p><p>　　=60rnt>5 所以 ===1</p><p>　　6.潤(rùn)膜影響系數(shù)ZLVR太陽輪和行星輪為8級(jí)精度，齒

101、圈為9級(jí)精度，選用v40=115mm2/s的礦物油，則查表得：太陽輪和行星輪為ZLVR=0.9，齒圈為ZLVR=0.8</p><p>　　7.齒面工作硬化系數(shù)Zw=1</p><p>　　8.尺寸系數(shù)Zx=1</p><p>　　9.齒輪的接觸疲勞極限σ,Hlim</p><p>　　由公式σ,Hlim=σHlimZNZLVRZWZX<

102、;/p><p>　　σ,HlimS=1500×1×0.9×1×1=1350(MPa)</p><p>　　σ,HlimP=1500×1×0.9×1×1=1350(MPa)</p><p>　　σ,HlimR=150010.811=9600(MPa)</p><p>

103、<b>　　10.安全系數(shù)S</b></p><p><b>　　===1.05</b></p><p><b>　　===1.05</b></p><p><b>　　===1.47</b></p><p>　　按具有高可靠性要求取最小安全系數(shù)SHlim

104、=1.0從而看出齒輪滿足使用要求。</p><p>　　3.4 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　3.4.1 選型</b></p><p>　　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，無空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，無摩擦發(fā)熱，無磨損，不需調(diào)節(jié)，傳動(dòng)比恒定無滑差，使用壽命長(zhǎng)

105、，脫開快，干、濕兩用的特點(diǎn)。（電源為12v直流電）</p><p>　　3.4.2 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性</p><p>　　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

106、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)。離合器的脫開時(shí)間就是從切斷激磁電流開始到牙完全脫開嵌合，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。</p><p>　　3.4.3 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　TC=KT</b></p><p>　　式中 T-離合器傳

107、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）；</p><p>　　K-工作情況系數(shù) K=1.5</p><p>　　所以 TC=1.5 ×2168=3252（Nm）</p><p>　　3.4.4 離合器的外徑</p><p><b>　　=133</

108、b></p><p>　　3.4.5 離合器牙間的壓緊力</p><p><b>　　Q</b></p><p>　　式中 α-牙形角， α=30o</p><p>　　ρ-摩擦角， ρ=8o</p><p><b>　　Dm-牙的平均直徑</b></p&g

109、t;<p>　　U1-銜鐵摩擦面的摩擦系數(shù)</p><p>　　d1-銜鐵導(dǎo)向孔直徑</p><p>　　Fd-彈簧推力，F(xiàn)d=40</p><p>　　3.4.6 線圈槽高度</p><p><b>　　=20mm</b></p><p>　　式中 β-線圈槽高度比， β=5&l

110、t;/p><p>　　αs-傳熱系數(shù)，αs =11</p><p>　　fH-填充系數(shù)， fH =0.6 </p><p>　　ρ-電阻系數(shù)，ρ=0.017mm2/m</p><p>　　3.4.7 磁軛底部厚度</p><p><b>　　==4(mm)</b></p><p&g

111、t;<b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本文首先根據(jù)當(dāng)今的世界情況，引出了能源危機(jī)和如何生產(chǎn)清潔能源的問題。接著通過對(duì)各文獻(xiàn)的閱讀，對(duì)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電水平以及國(guó)外先進(jìn)水平有了初步的認(rèn)識(shí)，并著重介紹了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。接著又進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)查、社會(huì)調(diào)查，了解了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和工作原理，并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理，提出了各種可行性選擇方案，經(jīng)過仔細(xì)的比

112、較分析，最終確定下設(shè)計(jì)方案。最后通過設(shè)定的工作參數(shù)和部分結(jié)構(gòu)尺寸，以及確定下的方案，對(duì)垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了細(xì)節(jié)方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了材料選擇，強(qiáng)度、壽命等校核計(jì)算。</p><p>　　中國(guó)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)是個(gè)充滿活力、充滿希望的行業(yè)，也是個(gè)充滿競(jìng)爭(zhēng)、充滿變化的行業(yè)。隨著科技的進(jìn)步，家庭用電消耗也必然會(huì)與日俱增，而當(dāng)今面臨的能源危機(jī)問題以及環(huán)境問題，在短時(shí)間內(nèi)還不能完全得到解決。人們?cè)趯ふ倚碌某雎返?/p>

113、同時(shí)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)也在不斷的成熟，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高效率、低噪聲是家庭自主發(fā)電的希望之一，而且它是清潔能源風(fēng)力發(fā)電，市場(chǎng)潛力極大。最終，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)以其巨大的優(yōu)勢(shì)，必然占據(jù)市場(chǎng)一席之地，它也必然向走向各家各戶發(fā)展，屆時(shí)必然會(huì)為緩解能源危機(jī)，緩解和治理環(huán)境問題，平添一份力量。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　光陰荏苒，歲月如

114、梭，在**學(xué)院的四年學(xué)習(xí)時(shí)間即將過去。在漫長(zhǎng)的人生旅程中，四年時(shí)間并不算長(zhǎng)，但對(duì)我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣的四年，也是承受師恩、增長(zhǎng)才干、提高學(xué)識(shí)的四年。在此，謹(jǐn)對(duì)培育我的母校、教導(dǎo)我的老師、幫助我的同學(xué)們致予最誠(chéng)摯的謝意和敬意。 </p><p>　　**學(xué)院，她雄厚的師資力量、悠久的文化積淀、篤定的治學(xué)理念和深遠(yuǎn)的民族情懷在人們心里早已享有盛名，也是我心儀已久，決意投在門下的重要原因。在**工程技術(shù)學(xué)院

115、學(xué)習(xí)的四年里，我親身體會(huì)到各位老師和前輩們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博卓著的學(xué)識(shí)才華和傳道授業(yè)、以身作則、高尚無私的敬業(yè)精神，已經(jīng)超脫了知識(shí)傳授和文化交流的范疇，形成獨(dú)立自主、兼容并包的治學(xué)氛圍和積極進(jìn)取、緊貼實(shí)際、關(guān)心家國(guó)的人文情懷。我為能在成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)而感到榮幸和自豪，相信這將是我人生當(dāng)中最重要最難忘的一段經(jīng)歷。 </p><p>　　在此，我特別要感謝我的論文指導(dǎo)老師**老師。**老師是**工程

116、技術(shù)學(xué)院眾多老師中的佼佼者，他學(xué)識(shí)淵博，專業(yè)精通；他誨人不倦，與同學(xué)們保持著良好的溝通并經(jīng)常給予科學(xué)的指導(dǎo)和熱心的勉勵(lì)。就本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)而言，從提綱、草擬、修改到最后定稿，楊老師都給予了一而再、再而三的精心批閱，每個(gè)環(huán)節(jié)都凝結(jié)老師的付出和辛勞的汗水。毋庸諱言，老師的高尚品質(zhì)將成為我人生的座標(biāo)和里程碑。 </p><p>　　最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。<

117、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 世界能源理事會(huì)新的可再生能源一未來發(fā)展指南.北京海洋出版社，1998</p><p>　　[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</p><p>　　[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

118、源與可再生能源1999白皮書.中國(guó)計(jì)劃出版社，2000</p><p>　　[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</p><p>　　[5] 胡蛟抨. 取之不盡的風(fēng)力發(fā)電.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2001</p><p>　　[6] 黃素逸. 能源科學(xué)導(dǎo)論.中國(guó)電力出版社，1999</p><

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121、、張國(guó)成著. 新能源利用.重慶能源出版社，1997</p><p>　　[18]陳宗器. 風(fēng)力發(fā)電綜述與我國(guó)的開發(fā)設(shè)想.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，1999</p><p>　　[19]倪受元. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的講座一第一講.風(fēng)力機(jī)的類型與結(jié)構(gòu).太陽能，2000</p><p>　　[20] (日)牛山泉、三野正洋著. 小型風(fēng)車手冊(cè).汪淑貞譯.機(jī)械工社，1987</p>