【正文】 59400 —— 22 70600 —— 20 75940 —— 18 76（法蘭） 2350 60 最大形變 /mm 最大應(yīng)力 /Mpa 最大應(yīng)變 傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī) 柔性風(fēng)力機(jī) 葉片 塔架 旋轉(zhuǎn)頻率 n 穿越頻率3n 傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī) 柔性風(fēng)力機(jī) 一階 ~ ~ 二階 三階 四階 五階 六階 七階 八階 九階 十階 十一階 十二階 整機(jī)模型 把風(fēng)力機(jī)各部件裝配起來，加入第四章所設(shè)計(jì)的柔性連接機(jī)構(gòu)，其整機(jī)裝配模型如圖 56所示。 圖 51 葉片三維模型 輪轂?zāi)Ｐ? 輪轂為薄壁結(jié)構(gòu)，為了不增加機(jī)構(gòu)整體的復(fù)雜性，暫時(shí)不考慮新型輪轂的設(shè)計(jì)，仍采用傳統(tǒng)的三葉片輪轂結(jié)構(gòu)，材料為 QT40018L，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 52所示。最后運(yùn)用通用有限元分析軟件 ANSYS Workbench 機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬， 模擬結(jié)果顯示，其運(yùn)動(dòng)變形過程能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 WM=Ep （ 417） 其中， WM力矩 M對柔性連接機(jī)構(gòu)所做的功， Ep柔性連接機(jī)構(gòu)中儲(chǔ)存的彈性勢能。 a）斜視圖 b）正視圖 c）側(cè)視圖 圖 46 柔性連接機(jī)構(gòu)整體裝配圖 柔性連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度研究 根據(jù)前面的討論，材料力學(xué)中對于直梁在純彎狀態(tài)下的結(jié)論可以用于討論本文所提出的柔性連接機(jī)構(gòu)的一些力學(xué)方面的問題。 考慮到 Q=VA （ 410） Q表示活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)流經(jīng)阻尼孔的總流量， V表示活塞的運(yùn)動(dòng)速度， A表示有效的截面積（即活塞截面積與導(dǎo)桿截面積之差）。 s）， ν運(yùn)動(dòng)粘度（ m2/s）， d過流斷面直徑。 支撐機(jī)構(gòu)嚙合面曲線的設(shè)計(jì)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(dòng)軌跡所推出來的。 取 O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)， OO1為橫軸建立直角坐標(biāo)系 xOy。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。 第四章 柔性連接機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 柔性連接機(jī)構(gòu)變形過程與參數(shù)設(shè)計(jì) 柔性板最小厚度設(shè)計(jì) 由材料力學(xué)知識(shí)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。） b）中間位置（ 45176。 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(gè)圓弧面之間互相嚙合，設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)回復(fù)的嚙合鉸鏈，其工作原理如圖310所示。） b）中間位置（ 45176。 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(dòng)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(dòng)回復(fù)翻轉(zhuǎn)裝置》一項(xiàng)，申請?zhí)枺?，并全部獲得受理。因此，選擇雙出桿型粘滯流體阻尼器作為所設(shè)計(jì)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。 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(dòng)有較高要求的機(jī)械設(shè)備中。由于直梁型柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍較大，方案二所設(shè)計(jì)的柔性連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍也比較大，而且主要取決于中間柔性板的材料特性。其組成部件如圖 34所示，由法蘭盤、柔性板和螺 栓組成。 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(jì)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(dòng)要求。譚淑英和張大衛(wèi)等 [22]根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)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。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(cuò)誤的。 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(dòng)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。相對于動(dòng)量理論，葉素理論是從葉素附近的氣流流動(dòng)來分析葉片上的受力與功能交換的。從而渦流風(fēng)速可以判斷為下列三個(gè)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]。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。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(jì)柔性連接機(jī)構(gòu)，提出至少兩個(gè)方案并對其進(jìn)行比較論證，最終確定方案。風(fēng)能作為一種儲(chǔ)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。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]。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(gè)半方向聯(lián)軸節(jié)，如圖 13所示 [8]。 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]。 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。 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(dòng)力學(xué)理論 ................................................................................. 7 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) .......................................................................................... 7 貝茨理論 ................................................................................................ 7 渦流理論 ................................................................................................ 9 動(dòng)量理論 ................................................................................................ 9 葉素理論 .............................................................................................. 10 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力 學(xué) ........................................................................................ 12 錐形轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)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(jì) ....................................................................... 15 柔性鉸鏈簡介 ................................................................................................ 15 柔性連接機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ................................................................................ 16 設(shè)計(jì)方案一 .......................................................................................... 16 設(shè)計(jì)方案二 .......................................................................................... 16 設(shè)計(jì)方案比較 ...................................................................................... 17 其它輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................................ 18 支撐機(jī)構(gòu) .............................................................................................. 18 減振機(jī)構(gòu) .............................................................................................. 18 其它設(shè)計(jì)方案探討 ........................................................................................ 19 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) .....................................................................