【正文】 .16 機艙底盤的材料 ..........................................16 塔架的介紹 ..................................................16 塔架的作用 ..............................................16 塔架的主要形式及選用 ....................................17 塔架的材料 ..............................................18 第 4 章 基于 SOLIDWORKS 的風(fēng)機主傳動系統(tǒng)三維建模方法 ............19 輪轂的建模方法 ..............................................19 增速箱的建模方法 ............................................20 上箱體的三維建模方法 ....................................20 行星架的三維建模方法 ....................................22 高速軸的三維建模方法 ....................................23 結(jié) 論 ............................................................26 參考文獻 ..........................................................27 致 謝 ............................................................28 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 1 第 1 章 引 言 課題的背景及意義 隨著人類社會的發(fā)展、科技的進步以及日益嚴重的資源和環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，世界能源結(jié)構(gòu)開始經(jīng)歷第三次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開始轉(zhuǎn)向以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。而風(fēng)能取之不盡，用之不竭，是非常重要的一種潔凈的可再生能源，是人類能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變中一個非常重要的部分。地球上風(fēng)能資源十分豐富，據(jù)世界氣象組織統(tǒng)計分析表明，地球上近地層的風(fēng)能總量約為 13000 億 KW，如有 1%被有效利用，就可滿足人類對能源的需求。我國幅員遼闊，陸疆總長 2 萬多公里，海岸線 萬公里，風(fēng)能資源豐富根據(jù)氣象部 門的資料，可開發(fā)的陸地風(fēng)能資源大約為 253WG，可利用的海洋風(fēng)能資源大約為 750WG。風(fēng)能易于獲得并轉(zhuǎn)換，且分布廣泛、無污染而又能夠不斷再生，所以開發(fā)利用風(fēng)能可以很好的解決目前化石能源的危機，為人類解決能源危機提供一條很好的辦法。風(fēng)力發(fā)電是目前利用風(fēng)能的重要形式，也是多種可再生能源利用技術(shù)中比較成熟的 ]1[ 。風(fēng)力發(fā)電機組中的主傳動系統(tǒng)更是其最重要的部分之一。 目前國內(nèi)外風(fēng)力機組發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，風(fēng)電已經(jīng)成為世界上增長最快的能源，過 去 5 年全球風(fēng)電累計裝機容量的平均增長一直保持在 33%。近年來，德國、丹麥、西班牙、英國、荷蘭、印度、加拿大等國在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當大的人力及資金，充分綜合利用空氣動力學(xué)、新材料、新型電機、電力電子技術(shù)、計算機、自動控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺及多臺風(fēng)力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性能。德國風(fēng)力發(fā)電量占世界總量的 40%，排名世界第一，其后依次為美國、西班牙、丹麥和印度 ]2[ 。歐洲風(fēng)能協(xié)會和綠色和平組織簽署了《風(fēng)力 12—— 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達到世界沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 2 風(fēng)力總量的 12%的藍圖》的報告，期望并預(yù)測 2020 年全球的風(fēng)力發(fā)電裝機將達到 KW，年安裝量達到 KW，風(fēng)力發(fā)電量將占全球發(fā)電總量的 12% ]3[ 。風(fēng)力發(fā)電機單機容量朝著大型化發(fā)展，目前兆瓦級風(fēng)力機已經(jīng)是國際風(fēng)電市場上的主流產(chǎn)品，美國 7 兆瓦風(fēng)力機已經(jīng)研制成功，而英國正在研制 10 兆瓦的巨型風(fēng)力機。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國大型發(fā)電機技術(shù)的開 發(fā)應(yīng)用落后于發(fā)達的歐美國家。在“八五”和“九五”期間，將風(fēng)能應(yīng)用列入了國家重點科技攻關(guān)項目，并組織了多家科研單位進行攻關(guān)，取得了一定成績。在短時間內(nèi)實現(xiàn)了技術(shù)跨越 ]4[ ?，F(xiàn)在，在小型風(fēng)力機組的生產(chǎn)和應(yīng)用方面，我國以 15 萬臺擁有量居世界首位；但在大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電方面起步較晚，發(fā)展速度不盡人意，但仍然取得了客觀的成績。目前我國國產(chǎn)化機組產(chǎn)量仍然偏小，遠未達到規(guī)模利益，使得零部件采購價格偏高，利潤空間很小。風(fēng)場中使用的風(fēng)力機 95%都來自國外，設(shè)備幾乎全部是進口的。為了建立自 己的風(fēng)電工業(yè)，提升國產(chǎn)風(fēng)力機組生產(chǎn)能力和應(yīng)用重，近幾年我國進一步加強了風(fēng)力機組制造行業(yè)的建設(shè)，并在全國形成了一批風(fēng)電設(shè)備制造廠。此外還有清華大學(xué) ]7][6][5[ 、浙江大學(xué)、北方交通大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué) ]9][8[ 等研究院所也都曾參與了風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的研究，已初步掌握了大型風(fēng)力發(fā)電機組的系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵設(shè)備的制造，取得了一定的成果，并有產(chǎn)品投入試運行，但畢竟時間太短，基礎(chǔ)較差，所制造的產(chǎn)品缺乏合適的設(shè)備檢驗和足夠的時間驗證，以至人們對國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組 技術(shù)的可靠性存在疑慮。我國有豐富的風(fēng)能源，因此有風(fēng)力發(fā)電在我國有著廣闊的發(fā)展前景。 課題所要解決的問題 本文重點敘述了用 SolidWorks 對 1MW 風(fēng)力發(fā)電機組中的主傳動系統(tǒng)部件的三維建模設(shè)計過程，并解決了對風(fēng)力發(fā)電機組中的主傳動系統(tǒng)部件的設(shè)計、計算及選擇問題，最后把所設(shè)計的零件進行了裝配，并進行了傳動模擬。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 3 第 2 章 風(fēng)機主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 風(fēng)力發(fā)電機主傳動系統(tǒng)的組成 風(fēng)力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要包括葉片、輪轂、偏航系統(tǒng)、主軸、主軸承、齒輪箱、剎車系統(tǒng)、液 壓系統(tǒng)、機艙及塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其主傳動系統(tǒng)又由輪轂、主軸、齒輪箱、連軸器、制動器、發(fā)電機等部件組成。本設(shè)計除了以上介紹的主傳動系統(tǒng)部件還設(shè)計了塔架和機艙底盤。 風(fēng)力發(fā)電機主傳動系統(tǒng)的工作原理 風(fēng)力發(fā)電機組是利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為電能的一個系統(tǒng)。風(fēng)輪（葉片和輪轂組成）在風(fēng)的作用下旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)機械能，將輪轂的扭矩通過主軸傳遞給增速箱，通過增速箱輪副的增速來實現(xiàn)發(fā)電機發(fā)電的要求。 風(fēng)力發(fā)電機主傳動系統(tǒng)的布置形式 風(fēng)力機歸納起來，可分為兩類：①水平軸風(fēng)力機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn) 軸與風(fēng)向平行。②垂直軸風(fēng)力機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向。對于風(fēng)力發(fā)電機，多采用升力型水平軸風(fēng)力機，因為大多數(shù)水平軸風(fēng)力機具有對風(fēng)裝置，能隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動。所以采用此類型風(fēng)力機。 風(fēng)力發(fā)電機組的主傳動系統(tǒng)主要有以下幾種形式： （ 1）一字型 圖 21 1— 輪轂 2— 主軸 6— 連軸器 4— 增速箱 5— 制動器 7— 發(fā)電機 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 4 這種布置形式，是風(fēng)力發(fā)電機組中采用最多的形式，其主要特點是對中性好，負載分布均勻；其缺點是占軸線長，可能使主軸太短，主軸承載荷較大。 （ 2）回流式 圖 22 1輪轂 2主軸 6聯(lián)軸器 4增速箱 5制動器 7發(fā)電機 其主要特點是可以縮短機艙長度，增加主軸長度，減少塔架負載的不均衡。 （ 3）分流式 圖 23 1輪轂 2主軸 5聯(lián)軸器 4增速箱 6制動器 7發(fā)電機 這種形式比較少見，一般在設(shè)計中不采用。 由于一字形布置方式對中性好，負載分布均勻，所以采用此種布置方式 。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 5 第 3 章 風(fēng)機主傳動系統(tǒng)中主要部件設(shè)計 輪轂的形式與選用 輪轂的作用及結(jié)構(gòu) 輪轂是連接葉片與主軸的重要部件，它承受了風(fēng)力作用在葉片上推力、扭矩、彎矩及陀螺力矩。通常輪轂的形狀為三通形或三角形。 風(fēng)輪輪轂的作用是傳遞風(fēng)輪的力和力矩到后面的機械結(jié)構(gòu)中去，由此葉片上的載荷可以傳遞到機艙或塔架上。 輪轂的結(jié)構(gòu)主要如圖 31， 36 所示。它可以是鑄造結(jié)構(gòu)，也可以采用焊接結(jié)構(gòu)，其材料可以去鑄鋼也可以采用高強度球墨鑄鐵。由于高強度球墨鑄鐵具有不可替代的優(yōu)越性，如鑄造 性能好、容易鑄成，且減振性能好，應(yīng)力集中敏感性低、成本低等。在風(fēng)力發(fā)電機組中大量采用高強度球墨鑄鐵作為輪轂的材料。 圖 31 三通型輪轂 圖 32 三角型輪轂 一般常用的輪轂形式有以下幾種： （ 1） 剛性輪轂 剛性輪轂的制造成本低、維護少、沒有磨損，三葉片風(fēng)輪大部分采用剛性輪轂，也是目前使用最廣泛的一種形式。但它要承受所有風(fēng)自風(fēng)輪的力和力矩，相對老講承受風(fēng)輪載荷高，后面的機械承載 大，結(jié)構(gòu)上有三角形和球形等形式。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計論文 6 （ 2） 鉸鏈式輪轂 鉸鏈式輪轂常用于單葉片和二葉片風(fēng)輪，鉸鏈軸及風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，葉片在揮舞方向、擺振方向和扭矩方向上都可以自由活動，也可以稱為柔性輪轂。由于鉸鏈式輪轂具有活動部件，相對于剛性輪轂來說，制造成本高，可靠性相對較低，維護費用高；它與剛性輪轂比所受力和力矩較小。對于二葉片風(fēng)輪，兩個葉片之間是剛性連接的，可繞聯(lián)軸節(jié)活動。當來流在上下有變化或陣風(fēng)時，葉片上的載荷可以使葉片離原風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面。 由于此風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪采用三葉片，所以輪轂采用剛性三通型輪轂。 主軸 的設(shè)計 在風(fēng)力發(fā)電機組中，主軸承擔(dān)了支撐輪轂傳遞過來的各種負載的作用，并將扭矩傳遞給增速箱，將軸向力、氣動彎矩傳遞給機艙、塔架。 在結(jié)構(gòu)允許的條件下，通常將主軸盡量設(shè)計的保守一些。主軸的主要結(jié)構(gòu)一般有以下兩種，如圖 33 所示。 圖 33 主軸示意圖 a）挑臂梁結(jié)構(gòu) b)懸臂梁結(jié)構(gòu) 圖 a 主軸由兩個調(diào)向滾柱軸承所支撐。圖 b 主軸上的一個支撐由軸承架支撐；另一支撐由齒輪箱支撐，也就是所謂的三點式支撐。此種結(jié)喉的優(yōu)點是前支點為剛性支撐，后支點（齒輪箱）為彈性支撐。 這種結(jié)構(gòu)能吸收