【正文】 材或工程設(shè)計手冊中，都給出了圓管層流的流量計算公式，雖然不同的學(xué)者給出的公式符號有所差別，但其結(jié)論都是一樣的。 s）， ν運(yùn)動粘度（ m2/s）， d過流斷面直徑。接下來將根據(jù)其阻尼特性具體設(shè)計其結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行三 維建模。 支撐機(jī)構(gòu)嚙合面曲線的設(shè)計公式是在假定柔性板長度不變的前提下，根據(jù)其捏合點(diǎn) P’（ xp， yp）在坐標(biāo)系中的運(yùn)動軌跡所推出來的。??min??=??2????=??r2?? (α∈[0， ??2])。 取 O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)， OO1為橫軸建立直角坐標(biāo)系 xOy。 根據(jù)幾何知識，當(dāng)弧長小于半圓且長度一定時，圓弧的角度與其所對的弦長是逐一對應(yīng)的。因此，查找材料屬性表，選擇柔性板材料為低合金結(jié)構(gòu)鋼 40CrMnSiMoV，彈性模量為 193 GPa，泊松比為 ，密度為 7780 kg/m3，許用應(yīng)力為 1990 MPa。當(dāng)? =0時，柔性板為平直伸展?fàn)顟B(tài)，此時 R=∞；當(dāng)? = ??2 時， R = Rmin = OA = r 。 第四章 柔性連接機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 柔性連接機(jī)構(gòu)變形過程與參數(shù)設(shè)計 柔性板最小厚度設(shè)計 由材料力學(xué)知識可知，只要柔性板在工作過程中可以保持規(guī)則的圓弧形狀， 就能夠保證柔性板中每條纖維上的應(yīng)力和彈性應(yīng)變是相等的。） c）最終位置（ 90176。） b）中間位置（ 45176。 a）初始位置（ 0176。 圖 39 上底板與水平方向的夾角（翻轉(zhuǎn)角度）θ關(guān)于 內(nèi)側(cè)兩根連桿所轉(zhuǎn)過的角度 d? 1的函數(shù)圖象 嚙合鉸鏈 通過兩個圓弧面之間互相嚙合，設(shè)計了一種可自動回復(fù)的嚙合鉸鏈，其工作原理如圖310所示。時，θ =45176。） b）中間位置（ 45176。） 圖 37 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理圖 a）最終位置（ 90176。 另外，本機(jī)構(gòu)已申請發(fā)明專利《一種適用于柔性風(fēng)力機(jī)的可自動回復(fù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)》一項(xiàng)，申請?zhí)枺?；實(shí)用新型專利《用于柔性風(fēng)力機(jī)的自動回復(fù)翻轉(zhuǎn)裝置》一項(xiàng)，申請?zhí)枺?，并全部獲得受理。外側(cè)的兩根連桿上焊有上下兩根限位 桿，用來限制內(nèi)側(cè)的兩根連桿在初始位置（ 0176。因此，選擇雙出桿型粘滯流體阻尼器作為所設(shè)計的柔性連接機(jī)構(gòu)的減振機(jī)構(gòu)，其簡化結(jié)構(gòu)如圖 36所示。通常所指的粘滯流體阻尼器是油缸 活塞型阻尼器，這類阻尼器主要包括單出桿型和雙 出桿型兩種。 a）正視圖 b）斜視圖 圖 35 半套筒式支撐機(jī)構(gòu)示意圖 減振機(jī)構(gòu) 阻尼器廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)和一些對振動有較高要求的機(jī)械設(shè)備中。結(jié)合柔性連接機(jī)構(gòu)與葉片的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一個半套筒式的支撐機(jī)構(gòu)，如圖 35所示。由于直梁型柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動范圍較大，方案二所設(shè)計的柔性連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動范圍也比較大，而且主要取決于中間柔性板的材料特性。要保證有足夠大的轉(zhuǎn)動角度，柔性板的材料必須有較小的彈性模量，但從實(shí)際工作狀況來看，又必須具備足夠的剛度以防止其斷裂，具體的尺寸設(shè)計及材料選用將在下一章介紹。其組成部件如圖 34所示，由法蘭盤、柔性板和螺 栓組成。仿照兩種柔性鉸鏈各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，下面分別設(shè)計了兩種柔性連接機(jī)構(gòu)。 本章嘗試把柔性鉸鏈運(yùn)用在大型風(fēng)力機(jī)上，仿照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計葉片與輪轂之間的柔性連接機(jī)構(gòu)，把剛性連接轉(zhuǎn)換為柔性連接，實(shí)現(xiàn)柔性風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動要求。賈明和畢樹生等 [25]針對橡膠材料制成的大變形柔性鉸鏈，運(yùn)用 MooneyRivlin模型對形變能量函數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕缓笸ㄟ^選取材料常數(shù)的比值，對其非線性的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了分段線性化，導(dǎo)出了圓弧型柔性鉸鏈在大變形時其轉(zhuǎn)角剛度的近似計算公式，并通過有限元仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。譚淑英和張大衛(wèi)等 [22]根據(jù)材料力學(xué)知識推出了彈性鉸鏈的剛度公式，并通過有限元軟件進(jìn)行了鉸鏈的應(yīng)力校驗(yàn)和剛度校核。 本章小結(jié) 本章首先簡單介 紹了目前在風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)研究方面形成的四個基本理論——貝茨理論、渦流理論、葉素理論、動量理論，然后從運(yùn)動方程和數(shù)值方法兩方面介紹了風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué)，最后由經(jīng)過修正后的葉素 動量（ BEM）理論對錐形轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)性能進(jìn)行了簡單分析，為后面柔性連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計及整機(jī)的靜態(tài)特性分析準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)。由文獻(xiàn)[20]所展示的改進(jìn)后的公式并運(yùn)用于目前的研究工作中可以看出， BEM的假設(shè)對于錐形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來說并不是完全錯誤的。再代入到方程（ 224）中就可得到葉片、機(jī)艙和塔架系統(tǒng)的運(yùn)動方程： （ 226） 其中， [M]、 [D]、 [K]分別表示質(zhì)量、阻尼與剛度矩陣， {}， {}， {y}和 {Q}分別表示加速度、速度、位移以及廣義力。 圖 26 各坐標(biāo)系間的關(guān)系 為了從方程（ 224）得到葉片、機(jī)艙和塔架系統(tǒng)的運(yùn)動方程，在各種變形條件下得出風(fēng)力機(jī)各部件上任意點(diǎn)的相對速度的關(guān)系式，必須進(jìn)行一系列坐標(biāo)變換，其坐標(biāo)系如圖 26所示。 誘導(dǎo)速度因子的物理意義就是當(dāng)有氣流流過風(fēng)輪時，風(fēng)輪對其速度的影響程度。相對于動量理論，葉素理論是從葉素附近的氣流流動來分析葉片上的受力與功能交換的。 圖 24 理想流管 考慮到軸向上動量的改變，在槳葉面的推力 T為 T=m(V1V2)=ρ V1A(V1V2) （ 212） 式中，ρ 空氣密度； A槳葉平面面積。從而渦流風(fēng)速可以判斷為下列三個渦流系統(tǒng)疊加而 成的結(jié)果：葉片的附著渦、集中在轉(zhuǎn)軸上的中心渦和葉片尖部形成的螺旋渦，如圖23所示 [14]。通過風(fēng)輪的氣流在風(fēng)輪前方時的截面積為 S1，在其后方時為 S2[14]。他假設(shè)風(fēng)輪是理想的，忽略了輪轂的干擾，且葉片數(shù)是無窮的，并且其對通過風(fēng)輪的氣流沒有阻力。對風(fēng)力機(jī)輪轂、機(jī)艙、傳動系統(tǒng)和塔架等進(jìn)行簡化，利用三維建模軟件 SolidWorks對整機(jī)進(jìn)行建模與裝配，然后導(dǎo)入 ANSYS Workbench ，得出其相關(guān)靜態(tài)特性，并與傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行對比，對其對比結(jié)果進(jìn)行討論。為了不增加整體機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，采用傳統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)輪轂，對應(yīng)葉片與輪轂的連接部分，尋找合適的材料，查閱相關(guān)變形理論，設(shè)計柔性連接機(jī)構(gòu)，提出至少兩個方案并對其進(jìn)行比較論證，最終確定方案。本設(shè)計采用傘形風(fēng)輪結(jié)構(gòu)，通過在葉片和輪轂之間的柔性連接機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)葉片受到不同風(fēng)載時的自適應(yīng)張合。風(fēng)能作為一種儲量豐富、容易獲取的清潔能源可以作為其替代品，具有廣泛的發(fā)展前景。、 20176。其研究數(shù)據(jù)說明，傘形風(fēng)輪可以顯著提高風(fēng)能的利用效率，減小風(fēng)能的發(fā)電成本 [13]。由于柔性風(fēng)輪良好的性價比和對風(fēng)載變化的寬適應(yīng)性，仍有不少學(xué)者畢生致力于該領(lǐng)域的研究。鉸鏈?zhǔn)捷嗇灣Ｓ糜陔p葉片風(fēng)輪，是一種半固定式的輪轂，鉸鏈軸與葉片的長度方向及風(fēng)輪軸互相垂直，就像個半方向聯(lián)軸節(jié)，如圖 13所示 [8]。 圖 11 傘形風(fēng)輪結(jié)構(gòu)示意圖 因其制造成本低，沒有磨損而且維護(hù)成本少，三葉片風(fēng)輪大部分采用固定的輪轂，但它要承受來自風(fēng)輪的力和力矩，機(jī)械承載大，承受載荷高。 傘形風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡介 傘形風(fēng)力機(jī)的基本結(jié)構(gòu)特征如圖 11所示 [7]。當(dāng)葉片受到陣風(fēng)或極限風(fēng)載時，其結(jié)構(gòu)與功率輸出的不穩(wěn)定性難會使葉片上產(chǎn)生嚴(yán)重的瞬時載荷，導(dǎo)致嚴(yán)重的失效，破壞后 果不堪設(shè)想。 傘形風(fēng)力機(jī)概述 傘形風(fēng)力機(jī)研究目的 風(fēng)力機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷 了從小中型化向大型化再到柔性化的轉(zhuǎn)變過程。 由于化石能源的逐漸消耗，能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出。 Modal Analysis 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................... Ⅰ Abstract ....................................................................................................................... Ⅱ 第一章 緒論 ................................................................................................................. 1 引言 .................................................................................................................. 1 傘形 風(fēng)力機(jī)概述 .............................................................................................. 1 傘形風(fēng)力機(jī)研究目的 ............................................................................ 1 傘形風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡介 ............................................................................ 2 傘形風(fēng)力機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .......................................................................... 5 課題的研究意義 .............................................................................................. 5 課 題的主要研究內(nèi)容 ...................................................................................... 6 第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)動力學(xué)理論 ................................................................................. 7 風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué) .......................................................................................... 7 貝茨理論 ................................................................................................ 7 渦流理論 ................................................................................................ 9 動量理論 ................................................................................................ 9 葉素理論 .............................................................................................. 10 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動力 學(xué) ........................................................................................ 12 錐形轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)性能 ........................................................................ 13 本章小結(jié) ........................................................................................................ 14 第三章 傘形風(fēng)輪柔性連接機(jī)構(gòu)設(shè)計 ....................................................................... 15 柔性鉸鏈簡介 ................................................................................................ 15 柔性連接機(jī)構(gòu)方案設(shè)計 ................................................................................ 16 設(shè)計方案一 .......................................................................................... 16 設(shè)計方案二 ............................................................