【正文】 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 3 Abstract: The paper firstly introduces the history of the use of wind energy by human, and further it indicates the rapid development of wind generator technology. Also, it points the large investment on the use of the wind energy and the development of wind generator in our country. For the influence of outer factors and the difficulty to reach the generating goal, every part of the wind generator must be high quality. As the most important part of the generator technology, the process of the spindle of the wind generator is mainly studied in this paper. On the basic of the general spindle, the paper studies the process of the spindle, including the chooses of the original spindle blank and material, the heat treatment, the special process of technology, the test of the spindle and the problems in the process, and all of these are further detailed paring to the general spindle. At the end of the paper, the selects of every machine in the process, such as the main machine, the tools, the fixture, and the measuring tools are also introduced , especially the choose of machine is very key, because the type of the machine will directly influence the spindle. Furthermore, the spindle has been done in a factory. Key Words: wind energy， wind generator， spindle of the wind generator， general spindle， blank， material， heat treatment， machine， the tools， the fixture， the measuring tools. 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 4 第一章 緒論 第一節(jié) 風(fēng)能利用的歷史 人類利用風(fēng)能已有數(shù)千年歷史，在蒸汽機(jī)發(fā)明之前 風(fēng)能曾經(jīng)作為重要的動(dòng)力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和據(jù)木等。 總結(jié) ................................................................. 29 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 2 參考文獻(xiàn) ............................................................. 30 摘要 本文首先介紹了一下人類利用風(fēng)能的歷史，并由此引出來(lái)當(dāng)今發(fā)展迅速的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)和該技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)指出最近些年我們國(guó) 家在風(fēng)能的利用方面做出了很大的投資和風(fēng)能發(fā)電機(jī)的發(fā)展前景。由于眾多外界因素的影響和需要達(dá)到的發(fā)電功效的目標(biāo)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各部件要求都很高，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的加工是風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以該文主要研究了風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的加工工藝。埃及被認(rèn)為可能 是最先利用風(fēng)能的國(guó)家，約在數(shù)千年前，他們就開(kāi)始用風(fēng)帆來(lái)幫助行船，如 圖 11 所示。 第二節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù) 通常所說(shuō)的風(fēng)能是空氣流動(dòng)所具有的動(dòng)能。風(fēng)中含有的能量比人類迄今所能控制的能量高得多，風(fēng)力是地球上重要的能源之一。轉(zhuǎn)子一般為立式，葉片數(shù)一般為2～ 3 片，葉片的方向與風(fēng)向垂直，轉(zhuǎn)速只有 40～ 50r／ min，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高（例如 1500rmin、 50Hz的發(fā)電機(jī)），必須裝設(shè)升速裝置（齒輪、鏈條和皮帶等）。因風(fēng)能具有隨機(jī)性，而電力負(fù)荷則有其本身的規(guī)律，為使供電可靠，大 規(guī)模 風(fēng)電是建設(shè)多臺(tái)大型風(fēng)電機(jī)組形成的風(fēng)電廠與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行；在電網(wǎng)達(dá)不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)則采用風(fēng)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組 聯(lián)合運(yùn)行的方式，既可節(jié)油又可保證連續(xù)供電。人們可以用風(fēng)車把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作去推動(dòng)發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生電力，方法是透過(guò)傳動(dòng)軸，將轉(zhuǎn)子（由以空氣動(dòng)力推動(dòng)的扇葉組成）的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳送至發(fā)電機(jī)。 2． 風(fēng)能設(shè)施日趨進(jìn)步，大量生產(chǎn)降低成本，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電成本已低于發(fā)電機(jī)。目前的解決方案是離岸發(fā)電，離岸發(fā)電價(jià)格較高但效率也高。 第四節(jié) 我國(guó)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的概況 及發(fā)展前景 我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富，是風(fēng)能利用的大國(guó)之一，風(fēng)力提水和風(fēng)帆運(yùn)輸曾有過(guò)輝煌歷史。風(fēng)能資源可利用區(qū)包括黃河、長(zhǎng)江中下游、東北、華北和西北除上述豐富區(qū)以外的地區(qū)、青藏高原東部地區(qū)等，占全國(guó)總面積的 50％。 50～ 200W 微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組己定型投入批量牛產(chǎn)，年生產(chǎn)能力達(dá)一萬(wàn)臺(tái)以上； l～ 20kW 容量的中、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 已經(jīng) 達(dá)到小批量生產(chǎn)階段。僅新疆 大板 城風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量己突破 10MW，其經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越明顯 ， 如圖 13 所示 圖 13 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 7 第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝 第一節(jié) 普通 主軸加工工藝 一、 主軸毛坯的制造 常見(jiàn)毛坯種類有以下幾種：鑄件、鍛件、型材、焊接件和其他毛坯。 2零件材料的工藝性 例如材料為鑄鐵或青銅等的零件應(yīng)選擇鑄造毛坯；鋼質(zhì)零件當(dāng)形狀不復(fù)雜，力學(xué)性能要求又不太高時(shí)，可選用型材；重要的鋼質(zhì)零件，為保證其力學(xué)性能，應(yīng)選擇鍛造件毛坯。 二 、 主軸的材料和熱處理 45 鋼是普通機(jī)床主軸的常用材料，淬透性比合金鋼差，淬火后變形較大，加工后尺寸穩(wěn)定性也較差，要求較高的主軸則采用合金鋼材料為宜。 金屬材料的加熱方法，按所采用熱源的不同，可分為火焰加熱與電加熱兩大類。 車床主軸的熱處理主要包括以下幾方面： (1)毛坯熱處理。 (3)最終熱處理。定性處理的目的是消除加工的內(nèi)應(yīng)力，提高主軸的尺寸穩(wěn)定性，使它能長(zhǎng)期保持精度。 三 、 加工階段的劃分 (1)粗加工階段。通過(guò)這階段還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛件裂紋等缺陷，采取相應(yīng)措施 (2)半精加工階段。對(duì)于一些要求不高的表面，如大端端面各孔，在這個(gè)階段加工到圖樣規(guī)定的要求。這一階段的目的是把各表面都加工到圖樣規(guī)定的要求。對(duì)于一般精度的機(jī)床主軸，精磨是最終機(jī)械加工工序。檢驗(yàn)工序一般安排在各加工階段前后，以及重要工序前后和花費(fèi)工時(shí)較多的工序前后，總檢驗(yàn)則放在最后。主軸的工藝路線安排大體如下 :毛坯制造 ~~正火 ~~車 端面鉆中心孔 ~~粗車 ~~調(diào)質(zhì) ~~半精車表面淬火 ~~粗、精磨外圓錐面 ~~磨錐孔。 (3)花鍵和鍵槽加工應(yīng)安排在精車之后粗磨之前。 (5)主軸是加工要求很高的零件，需安排多次檢驗(yàn)工序。所以，只要有可能，就盡量采用頂尖作為定位基準(zhǔn)。因此經(jīng)常注意保持 .兩頂尖孔的質(zhì)量，是軸類零件加工的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在工序 16 粗磨莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔時(shí)，又是以兩圓柱表面為定位基準(zhǔn)面，這就符合互為基準(zhǔn)原則 。轉(zhuǎn)換過(guò)程就是提高過(guò)程，使加工過(guò)程有一次比一次精度更高的定位基準(zhǔn) 面。 鑄造： 將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件（零件或毛坯）的工藝過(guò)程。 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 10 鑄造是人類掌握較早的一種金屬熱加工工藝，已有約 6000 年的歷史。公元前 513 年，中國(guó)鑄出了世界上最早見(jiàn)于文字記載的鑄鐵件 —— 晉國(guó)鑄鼎（約 270 千克重）。 50 年代以后，出現(xiàn)了濕 砂高壓造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯、負(fù)壓造型以及其他特種鑄造、拋 光 清理等新工藝。 鍛造： 利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。鍛造 按成形方法可分為： ① 開(kāi)式鍛造（自由鍛）。按變形溫度鍛造又可分為熱鍛（加工溫度高于坯料金屬的再結(jié)晶溫度）、溫鍛（低于再結(jié)晶溫度）和冷鍛（常溫）。正確地選擇鍛造比對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。鍛造是在外力作用下發(fā)生塑性變形，變形時(shí)使金屬材料通過(guò)流動(dòng)轉(zhuǎn)移，把原材料變成接近零件的形狀，實(shí)現(xiàn)移多補(bǔ)少?？慑懺斐鲂螤詈?jiǎn)單、也可鍛造出形狀復(fù)雜、甚至精密的鍛件；鍛件的質(zhì)量可小至幾十克，大的可達(dá)數(shù)百噸以上；既可單件、小批量生產(chǎn)，也可成批大量的生產(chǎn)。 二 、 材料的選擇 鍛造生產(chǎn)用材料為鋼和有色金屬兩大類，常見(jiàn)的是鋼。碳鋼是指鋼種除鐵外，還含有碳和一定量的硫、磷、硅、錳等元素的一類鋼。 按照不同的用途鋼又可以分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。根據(jù)工序的變形性質(zhì)和變形過(guò)程的不同，自由鍛的工序可分為：基本工序、輔助工序、修整工序三類。如鋼錠預(yù)壓鉗把、倒棱、開(kāi)坯、分段壓痕、壓肩等工序。它是鍛造工序中最重要的工序，也是許多其他鍛造變形工序的基礎(chǔ)， 如果 21 所示?？梢?jiàn)它是耗費(fèi)工時(shí)最多的變形工序。芯軸拔長(zhǎng)用于長(zhǎng)筒形鍛件的成形。 圖 23 沖孔工藝 ：減小空心坯料壁厚，增大其內(nèi)外直徑的變形工序稱為擴(kuò)孔。 圖 24 擴(kuò)孔工藝 以上五個(gè)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸毛坯制造加工的主要工序，通過(guò)這些過(guò)程可以得到質(zhì)地較好的主軸毛坯。經(jīng)過(guò)正火處理后可以使晶粒細(xì)化，強(qiáng)度和韌性提高，內(nèi)應(yīng)力得到消除，切削加工性能得到改善，消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體。調(diào)質(zhì)處理就是把鍛件先進(jìn)性淬火，然后再進(jìn)行高溫回火的熱處理工藝。 用應(yīng)用最廣的電感應(yīng)加熱法將鍛件的表面淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)。粗車法蘭右側(cè)端面，粗車小端端面留余量 10mm，粗車法蘭右側(cè)各外圓，各臺(tái)階處用圓弧過(guò)渡，粗車外圓面留余量 10mm。（機(jī)床 CKHJ61200，刀具 40*40 90176。 工步 6：調(diào)質(zhì)。（機(jī)床 深孔專機(jī)，刀具 中心鉆 A5 或者 A鉆頭Φ 160，量具 游標(biāo)卡尺 0200） 工步 10：夾大端，頂兩端堵頭，半精車各外圓（單邊留余量 ），上中心架，精車小端端面以及內(nèi)孔倒角。機(jī)床 CKHJ61200，刀具 40*40 90176。 精車各外圓 中心孔 AB 游標(biāo)卡尺 精車小端端面 精車內(nèi)孔倒角 45 度 工藝保證 品質(zhì)特征 基準(zhǔn)（規(guī)格） 檢查方法 精車大端端面 總長(zhǎng) 2456 卷尺 半精車法蘭外圓 中心孔 AB 游標(biāo)卡尺 粗車法蘭左側(cè)端面 工藝保證 精車大端內(nèi)孔、倒角 大端內(nèi)孔Φ 260 游標(biāo)卡尺、深度尺 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 17 圖 210 工步 12 加工面 工步 13：劃線，鉆小端端面孔、攻絲。 品質(zhì)特征 基準(zhǔn)（規(guī)格） 檢查方法 法蘭孔 Φ 39 游標(biāo)卡尺 4M12 Φ 12 游標(biāo)卡尺 3M10 Φ 10 游標(biāo)卡尺 品質(zhì)特征 基準(zhǔn)（規(guī)格） 檢查方法 小端端面孔 Φ 42 游標(biāo)卡尺、通止規(guī) 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 18 圖 212 工步 14 加工面 工步 15：夾大 端，頂兩堵頭，精車法 蘭右側(cè)端面，精車外圓面到個(gè)尺寸；車螺紋 M600X66g。 圖 213 工步 15 加工面 工步 16：磨削兩端軸承擋及Φ 670f8 外圓。 工步 20：