【正文】 he 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。 圖 11 風(fēng)帆 波斯和中國(guó)也是很早開(kāi)始利用風(fēng)能，主要是使 用垂直軸風(fēng)車， 如圖 12 所示。例如荷蘭現(xiàn)存幾百座風(fēng)車，被作為文物保護(hù)起來(lái)，成為旅游景觀。風(fēng)力發(fā)電就是將空氣流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。風(fēng)速為 9～ 10m／ S 的五級(jí)風(fēng)吹到物體表面上的力，風(fēng)速為 20m／ S 的九級(jí)風(fēng)吹到每 平米面積上的力約為 50kg，風(fēng)速為 50～ 60m／ S 的臺(tái)風(fēng)這個(gè)力可 200kg。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括轉(zhuǎn)子（回轉(zhuǎn)葉片等）、升速裝置、發(fā)電機(jī)、控制裝置、調(diào)速系統(tǒng)以及支撐鐵塔等。轉(zhuǎn)子上的回轉(zhuǎn)葉片受風(fēng)力沖動(dòng)，將風(fēng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械力，通過(guò)升速裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。控制裝置包括定向裝置（將轉(zhuǎn)于調(diào)整對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向）、起動(dòng)和停機(jī)裝置、調(diào)整風(fēng)力裝置（調(diào)整葉片角度以調(diào)整接受的風(fēng)力）和保護(hù)裝置（在過(guò)高風(fēng)速時(shí)停機(jī)以及發(fā)電機(jī)保護(hù)等）。支撐鐵塔用來(lái)支撐和提高轉(zhuǎn)于位置，使回轉(zhuǎn)葉片能接受較大風(fēng)速（因風(fēng)速隨高度而升高）。 第三節(jié) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的特點(diǎn) 風(fēng)能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量?？諝饬魉僭礁撸瑒?dòng)能越大。到 2020 年為止，全世界以風(fēng)力產(chǎn)生的電力約有 百萬(wàn)千瓦，供應(yīng)的電力已超過(guò)全世界用量的 1%。 風(fēng)能優(yōu)點(diǎn) 1． 風(fēng)能為潔凈的能量來(lái)源。 3． 風(fēng)能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護(hù)陸地和生態(tài)。 風(fēng)能缺點(diǎn) 1． 風(fēng)力發(fā)電在生態(tài)上的問(wèn)題是可能干擾鳥(niǎo)類，如美國(guó)堪薩斯州的松雞在風(fēng)車出現(xiàn)之后已漸漸消失。 2． 在一些地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性不足 ， 許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，更糟糕的情況是如臺(tái)灣等地在電力河海大學(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 6 需求較高的夏季及白日、是風(fēng)力較少的時(shí)間 ， 必須等待壓 縮空氣等儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。 4. 進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來(lái)興建。 風(fēng)力提水和風(fēng)帆運(yùn)輸曾有過(guò)輝煌歷史，中國(guó) 10 米高度層的風(fēng)能總儲(chǔ)量為 32． 26 億千瓦，實(shí)際可開(kāi)發(fā)量為 2． 53 億千瓦，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源十分豐富。風(fēng)資源較豐富區(qū)主要在東北、華北和西北北部地區(qū)，東南沿海距海岸線 50～ 100km 的內(nèi)陸地區(qū)、海南島西部、臺(tái)灣島南北兩端以及新疆阿拉山地區(qū)，占全國(guó)總面積的 18％。中國(guó)大部分的貧困偏遠(yuǎn)、電網(wǎng)達(dá)不到、至今還沒(méi)有用上電的地區(qū)在這個(gè)區(qū)域之內(nèi)。 近代風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)起步較晚，前些年主要是建設(shè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（ 10kW 以下 ）。目前正在研制 50～ 200kW 大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。并在國(guó)際合作和引進(jìn)國(guó)外機(jī)組的條件下，已在新疆、內(nèi)蒙古等區(qū)建立了 14 個(gè)風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)場(chǎng)，安裝 大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多臺(tái)。毛坯的選擇原則有四個(gè)因素： 1零件的生產(chǎn)綱領(lǐng) 大量生產(chǎn)的零件應(yīng)選擇精度和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂貴費(fèi)用可由材料消耗的減少和機(jī)械加工費(fèi)用的降低來(lái)補(bǔ)償。單件小批生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選擇精度和生 產(chǎn)率較低的毛坯制造方法。 3零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 形狀復(fù)雜的毛坯，一般采用鑄造方法制造，薄壁零件不宜用砂型鑄造。 4現(xiàn)有的生產(chǎn)條件 選擇毛坯時(shí)，還要考慮本廠的毛坯制造水平、設(shè)備條件以及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟(jì)性等。選擇合適的材料并在整個(gè)加工過(guò)程中安排足夠和合理的熱處理工序，對(duì)于保證主軸的力學(xué)性能、精度要求和改善其切削加工性 能非常重要。加熱的目的是：提高金屬的塑性，以利于鍛件成型和獲得良好的金屬組織；降低變形抗 力，以便減小鍛壓設(shè)備的能耗。 1 火焰加熱 火焰加熱是利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油、煤氣或天然氣等）在加熱爐內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫氣體（火焰），通過(guò)對(duì)流、輻射把熱能傳給皮料表面，再由表面向中心熱傳導(dǎo)，是坯料熱至一定的溫度。電加熱用設(shè)備有電阻爐、鹽浴爐、感應(yīng)加熱裝置和接觸加熱裝置等。車床主軸的毛坯熱處理一般用正火，其目的是消 除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，并使金屬組織均勻，以利于切削加工。在粗加工之后半精加工之前 安排調(diào)質(zhì)處理，目的是獲得均勻細(xì)密的回火索氏體組織，提高其綜合力學(xué)性能，同時(shí)，細(xì)密的河海大學(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 8 索氏體金相組織有利于零件精加工后獲得光潔的表面。主軸的某些重要表面需經(jīng)高頻淬火。精度要求高的主軸，在淬火回火后還要進(jìn)行定性處理。定性處理是在精加工之后 進(jìn)行的，如低溫人工時(shí)效或水冷處理。 CA6140 車床主軸一般經(jīng)過(guò)正火、調(diào)質(zhì)和表面局部淬火 3 個(gè)熱處理工序，無(wú)需進(jìn)行定性處理。毛坯處理 :毛坯備料、鍛造和正火。這一階段的主要目的是用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工到接近工件的最終形狀和尺寸，只留下少量的加工余量。半精加工前熱處理 :對(duì)于 45 鋼一般采用調(diào) 質(zhì)處理，達(dá)到 220~240 HBS。這個(gè)階段的主要目的是為精加工做好準(zhǔn)備，尤其為精加工做基面準(zhǔn)備。 (3)精加工階段。精加工前各種加工 :粗磨定位錐面、粗磨外圓、銑鍵槽和花鍵槽以及車螺紋等 ~精加工 :精磨外圓和兩處 ~外錐面及莫氏 6 號(hào)內(nèi)錐孔，從而保證主軸最重要表面的精度。粗加工、半精加工、精加工階段的劃分大 體以熱處理為界。這就說(shuō)明，加工階段的劃分起主導(dǎo)作用的是工件精度要求。對(duì)精密機(jī)床的主軸，還要增加光整加工階段，以求獲得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。 (5)主軸是加工要求很高的零件，需安排多次檢驗(yàn)工 序。必要時(shí)，還應(yīng)安排探傷工序。粗、精基準(zhǔn)選定后，加工順序也就大致排定。在安排工序順序時(shí)，還 應(yīng)注意下面幾點(diǎn) : (1)外圓加工順序安排要照顧主軸本身的剛度，應(yīng)先加工大直徑后加工小直徑， 以免一開(kāi)始就降低主軸剛度。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金屬，加工過(guò)程中會(huì)引起主軸變形，所以最好在粗車外圓之后就把深孔加工出來(lái)。如在精車之前就銑出鍵槽，將會(huì)造成斷續(xù)車削，既影響質(zhì)量又易損壞刀具，而且也難以控制鍵槽的尺寸精度。 (4)因主軸的螺紋對(duì)支承軸頸有一定的同軸度要求，故放在淬火之后的精加工階 段進(jìn)行，以免受半精加工所產(chǎn)生的應(yīng)力以及熱處理變形的影響。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。 五 、 定位基準(zhǔn)的選擇 以兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準(zhǔn)，既符合基準(zhǔn)重合原則，又能使基準(zhǔn)統(tǒng)一。 工序中的粗車、半精車、精車、粗磨、精磨各外圓表面和端面、銑花鍵和車螺紋等工序，都是以頂尖孔作為定位基準(zhǔn)的 。否則，將會(huì)因工件與頂尖間的接觸剛度變化而產(chǎn)生加工誤差。 深孔加工后，因頂尖孔所處的實(shí)體材料已不復(fù)存在，所以采用帶頂尖孔的錐堵作為定位基準(zhǔn)，為了保證支承軸頸與兩端錐孔的同軸度要求，需要應(yīng)用互為基準(zhǔn)原則。工序 14 精車各外圓包括支承軸頸的 1:12 錐度時(shí)，即是以上述前后錐孔內(nèi)所配錐堵的頂尖作為定位基準(zhǔn)面 。在工序 21 和 22 中，粗精磨兩個(gè)支承軸頸 1:12 錐度時(shí)，再次以粗磨后的錐孔所配錐堵的頂尖孔為定位基準(zhǔn) 。隨著基準(zhǔn)的不斷轉(zhuǎn)換，定位精度不斷提高?；鶞?zhǔn)轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少，要根據(jù)加工精度要求而定。 下面我們分別 簡(jiǎn)單介紹一下鑄造和鍛造 兩種毛坯制造方法并加以比較 ?，F(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝。但鑄造生產(chǎn)所需的材料（如金屬、木材、燃料、造型材料等）和設(shè)備（如冶金爐、混砂機(jī)、造型機(jī)、造芯機(jī)、落砂機(jī)、拋丸機(jī)等）較多，且會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲而污染環(huán)境。公元前 3200 年，美索不達(dá)米亞出現(xiàn)銅青蛙鑄件。早期的鑄造受陶器的影響較大，鑄件大多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方 面的工具或用具，藝術(shù)色彩較濃。公元 8 世紀(jì)前后，歐洲開(kāi)始生產(chǎn)鑄鐵件。進(jìn)入 20 世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，先后開(kāi)發(fā)出球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼以及鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等鑄造金屬材料，并發(fā)明了對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理的新工藝。 鑄造種類很多，按造型方法習(xí) 慣上分為： ① 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型 3 類。鑄造工藝通常包括： ① 鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準(zhǔn)備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素； ② 鑄 造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金； ③ 鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。鍛壓的兩大組成部分之一。機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡(jiǎn)單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個(gè)抵鐵（砧塊）間產(chǎn)生變形以獲得所需鍛件，主要有手工鍛造和機(jī)械鍛造兩種。金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受壓變形而獲得鍛件，可分為模鍛、冷鐓、旋轉(zhuǎn)鍛、擠壓等。鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、鈦、銅等及其合金。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的模斷面積之比稱為 鍛造比。 與其他加工方法相比，鍛造有以下特點(diǎn)： （ 1）改善金屬組織，提高材料機(jī)械性能。 （ 2）節(jié)省金屬材料。 （ 3）具有較高的生產(chǎn)效率。 （ 4）具有較高的靈活性和適用范圍。 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 11 通過(guò)以上的分析我們可以得出： 一般說(shuō)來(lái)， 鍛件 的力學(xué)性能 要高于 同材質(zhì)的 鑄件 力學(xué)性能。 綜上所述 ，對(duì)于我們需要加工的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的毛坯制造選擇方法是鍛造中的自由鍛。鋼由生鐵冶煉而成，根據(jù)其成分的不同可分為碳鋼和合金鋼。鋼的含碳量為~%，低于 %的稱為工業(yè)純鐵，高于 %的稱為生鐵。合金鋼是指在鋼中加入了一定量的合金元素 ，可以改善鋼的機(jī)械性能、工藝性能、物理性能和化學(xué)性能。根據(jù)合金總含量的多少，合金鋼又可分為三種：低合金鋼（含量低于 5%）、中合金鋼（含量為 5~10%）和高合金鋼（含量高于 10%）。結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑工程結(jié)構(gòu)、制造機(jī)械零件；工具鋼主要用來(lái)制造各種工具、量具、刃具、模具等；特殊用途鋼則具有特殊的物理和化學(xué)性能，用于特殊的場(chǎng)合，如不銹耐酸鋼、耐熱不起皮鋼、磁性材料和電熱合金等 。其化學(xué)成分為： 碳 C ： ～ ； 硅 Si： ～ ； 錳 Mn： ～ ； 硫 S ：允許殘余含量 ≤ ； 磷 P ：允許殘余含量 ≤ ； 鉻 Cr： ～ ； 鎳 Ni：允許殘余含量 ≤ ； 銅 Cu：允許殘余含量 ≤ ； 鉬 Mo： ～ 三 、 主軸毛坯自由鍛工序 任何形狀的鍛件，均可視為由原材料經(jīng)過(guò)一系列的鍛造變形而成的，也即其變形過(guò)程是由一系列的變形工序組成的。 基本工序 使坯料發(fā)生較大的變形，獲得鍛件形狀、尺寸和性能的變形工序。 輔助工序 為完成基本工序，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某種變形的工序。 修整工序 為 達(dá)到鍛件圖的要求，用于最后精整鍛件形狀和尺寸的工序或糾正變形時(shí)產(chǎn)生的不需要變形的工序。 自由鍛造的基本工序分析如下： 鐓粗： 使坯料高度減小，橫截面積增大的變形工序稱為鐓 粗。 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文