【正文】 ......................... 19 嚙合鉸鏈 .............................................................................................. 22 本章小結(jié) ........................................................................................................ 24 第四章 柔性連接機(jī)構(gòu)運動分析 ............................................................................... 25 柔性連接機(jī)構(gòu)變形過程與參數(shù)設(shè)計 ............................................................ 25 柔性板最小厚度設(shè)計 .......................................................................... 25 支撐機(jī)構(gòu)嚙合面曲線設(shè)計 .................................................................. 26 減振機(jī)構(gòu)阻尼特性設(shè)計 ...................................................................... 27 柔性連接機(jī)構(gòu)整體裝配圖 .................................................................. 29 柔性連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動剛度研究 .................................................................... 31 柔性連接機(jī)構(gòu)中儲存的能量計算 ................................................................ 31 柔性連接機(jī)構(gòu)運動過程模擬 ........................................................................ 32 本章小結(jié) ........................................................................................................ 33 第五章 風(fēng)力機(jī)整體建模及其靜態(tài)特性分析 ........................................................... 34 柔性風(fēng)力機(jī)三維建模 .................................................................................... 34 葉 片模型 .............................................................................................. 34 輪轂?zāi)Ｐ?.............................................................................................. 34 傳動系統(tǒng)與機(jī)艙模型 .......................................................................... 35 塔架模型 .............................................................................................. 35 整機(jī)模型 .............................................................................................. 37 柔性風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)靜力分析 ............................................................................ 37 定義接觸與劃分網(wǎng)格 .......................................................................... 37 施加載荷和約束 .................................................................................. 38 求解結(jié)果 .............................................................................................. 39 傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)結(jié)果對比 .......................................................................... 40 柔性風(fēng)力 機(jī)模態(tài)分析 .................................................................................... 42 求解結(jié)果 .............................................................................................. 43 傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)結(jié)果對比 .......................................................................... 45 本章小結(jié) ........................................................................................................ 49 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 50 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 52 致 謝 ..................................................................................................................... 55 第一章 緒論 引言 人類利用風(fēng)能的歷史最早期可追溯到 3000多年以前。 針對最終確定的設(shè)計方案，運用材料力學(xué)的知識對柔性板的最小厚度進(jìn)行了設(shè)計。仿照圓弧型和直梁型柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合與風(fēng)力機(jī)的具體連接，分別設(shè)計了兩種柔性連接機(jī)構(gòu)，連接在葉片與輪轂之間，使其連接處由剛性變?yōu)槿嵝裕?dāng)風(fēng)速較大時，葉片可以向前合攏以達(dá)到卸載的作用；當(dāng)風(fēng)速較小時，葉片可以向后自動回復(fù)張開，更好地利用風(fēng)能，使風(fēng)力機(jī)在交變的風(fēng)載的作用下依然保持較穩(wěn)定的功率輸出，保護(hù)了風(fēng)力機(jī)部件，提高其使用壽命。 Structure Static Analysis。在短短 10年之內(nèi)，制造出單機(jī)裝機(jī)容量 1500 kW，直徑為 70 m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)不再是一個難題，對不少制造商來說都是力所能及的事情 [1,2]。傘形風(fēng)力機(jī)是通過葉片與輪轂連接處的鉸鏈來控制其葉片的受風(fēng)面積，隨著風(fēng)速的變化逐漸形成一個錐形，可以顯著地減少瞬時載荷，從而保護(hù)風(fēng)力機(jī)部件[4,5,6]。鉸鏈輪轂的概念在20世紀(jì) 50年代首先由 ，美國生產(chǎn)的直徑為 91 m的 Maglarp風(fēng)力發(fā)電機(jī)就采用了這種結(jié)構(gòu)。英國劍橋大學(xué) Jim Platts教授領(lǐng)導(dǎo)的 Khan研究小組在 Peter Jamieson教授的研究基礎(chǔ)上建立了傘形風(fēng)輪理論，其理論基于修正后的葉素 動量定理（ BEM），通過鉸鏈連接的方式分析了 通過葉片沿翼展方向相對于其旋轉(zhuǎn)平面夾角變動引起的氣動效應(yīng)來控制風(fēng)輪的輸出功率，首次獲得了傘形風(fēng)力機(jī)的完整性能曲線。 課題的研究意義 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的缺口正在不斷擴(kuò)大，特別是近年來，我國石油消費持續(xù)增長，對外依賴程度持續(xù)提高，到了 20xx年首次超過了 56%。主要研究內(nèi)容如下： （ 1）傘形風(fēng)輪柔性連接機(jī)構(gòu)設(shè)計。 貝茨理論 首個關(guān)于風(fēng)輪的完整理論是德國哥廷根大學(xué)研究所的貝茨教授建立的。 圖 22 實際風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù) 渦流理論 渦流理論主要考慮通過葉輪的氣流誘導(dǎo)轉(zhuǎn)動效應(yīng)，并且忽略了由于葉片翼型所引起的阻力和葉梢損失的影響，忽略有限的葉片數(shù)量對于氣流的周期性影響，而且葉片各個徑向環(huán)斷面之間是相互獨立的。 葉素理論 Richard Froude最先于 1889年提出葉素理論。 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué) 在廣義坐標(biāo)系下，對風(fēng)力機(jī)的葉片、機(jī)艙和塔架系統(tǒng)可以按照虛位移原理，建立關(guān)于任意質(zhì)點系的拉格朗日方程： （ 224） 其中 ， T和 U分別表示系統(tǒng)的動能和勢能， Ud表示系統(tǒng)的阻尼能， yi表示廣義坐標(biāo)， Qi表示廣義載荷，方程的個數(shù)與廣義坐標(biāo)的個數(shù)相等。前人所有關(guān)于拍向和傘形風(fēng)輪的研究都突出了 BEM對于錐形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的基本原理上的錯誤，然后缺乏一個更加精確的模型 [16,17]或者更加昂貴的計算流體力學(xué)（ CFD）方法 [18,19]。 隨著柔性鉸鏈的優(yōu)勢變得越來越明顯，越來越多的學(xué)者開始致力于這方面的研究。范葉森[33]針對目前最常見的電機(jī)驅(qū)動可展開天線存在可靠性低等缺點，提出了一種柔性鉸鏈?zhǔn)降淖哉归_徑向肋天線，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，對其支撐臂的展開過程進(jìn)行了多柔體動力學(xué)仿真，其研究結(jié)論對于柔性鉸鏈的大型化應(yīng)用具有很好的參考價值。 a）斜視圖 b）正視圖 c）側(cè)視圖 圖 32 圓弧型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖 設(shè)計方案二 仿照直梁型柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)特點，并考慮其與葉片和輪轂兩端的連接，設(shè)計柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)如圖 33所示。方案二采用了直梁型柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)，但與傳統(tǒng)的直梁型柔性鉸鏈最大的不同就在于不是一體化成型，而是結(jié)合與風(fēng)力機(jī)葉片和輪轂的連接部位， 分 成上下兩個法蘭盤和中間的一塊柔性板，變形主要靠中間的柔性板提供。具體的計算將在下一章介紹。國內(nèi)的一些學(xué)者通過研究還發(fā)現(xiàn)，單出桿型阻尼器在結(jié)構(gòu)上存在很大缺陷，并可能造成無法工作。上下兩根限位桿之間焊有兩根中間開槽的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌內(nèi)分別放有一根彈簧，內(nèi)側(cè)的兩根連 桿在逆時針轉(zhuǎn)動過程中會壓縮彈簧使其儲存彈性勢能，給自動回復(fù)過程提供足夠的回復(fù)力。） 圖 38 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖 a）最終位置（ 90176。與實際運動情況相符。） 圖 310 嚙合鉸鏈工作原理圖 a）初始位置（ 0176。為了達(dá)到使風(fēng)力機(jī)葉片能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)張合運動的目的，最后一節(jié)提出了兩種初步的設(shè)計方案，只對其結(jié)構(gòu)和工作原理作簡單的介紹，希望對其他感興趣的研究人員有所啟發(fā)，具體的設(shè)計與分析還有待繼續(xù)深入研究和完善。的轉(zhuǎn)動范圍的前提下還要保證柔性連接機(jī)構(gòu)具有一定的剛度。 在圖 41中 O2表示上下法蘭盤軸線的交點， 01表示柔性板截面的圓心， P’點（即上法蘭盤的圓心）表示嚙合點。將曲線數(shù)據(jù)導(dǎo)入 SolidWorks中進(jìn)行三維建模，得到嚙合面的實際輪廓如圖 43所示。雷諾數(shù)的計算公式如下： ????=??ud??=ud?? （ 48） 其中，ρ 流體密度（ kg/m3）， u平均流速（ m/s），μ 動力粘度（ Pa178。 其中，△ P=P1P2為圓管兩邊的壓力差； Q為流量， d為圓管的內(nèi)徑，其它符號意義同前。上法蘭盤與葉片通過螺栓連接，下法蘭盤與輪轂通過螺栓連接，支撐機(jī)構(gòu)只與下法蘭盤通過螺栓連接，不與上法蘭盤連接；減振機(jī)構(gòu)與下法蘭盤通過螺栓連接，阻尼器導(dǎo)桿的上面伸出部分插在上法蘭盤的孔中，當(dāng)柔性板發(fā)生彎曲轉(zhuǎn)動變形時，可以帶動導(dǎo)桿向上運動，缸體中的阻尼油通過導(dǎo)桿 上的阻尼孔回流，阻尼油的粘滯性起到了很好的減振作用，當(dāng)風(fēng)力機(jī)葉片所受風(fēng)載不斷變化時，柔性板的轉(zhuǎn)動角 度（葉片錐角）可以穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，減小柔性連接機(jī)構(gòu)的交變疲勞載荷，提高其使用壽命。在這一過程中，外力做的功轉(zhuǎn)化為柔性板儲存的彈性勢能。運用三維軟件 SolidWorks對其各個部件進(jìn)行建模與裝配，并分析研究了柔性連接機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動剛度與其所儲存的能量。葉片的三維模型如圖 51所示。