機便捷式家用風力發(fā)電機設(shè)計

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1、 便捷式家用風力發(fā)電機 摘 要： 風能是一種獲取方便取之不盡的清潔能源，而轉(zhuǎn)化風能最直接的方式就是通過風力發(fā)電機。本次論文所要設(shè)計的便是一種便捷式家用風力發(fā)電機，其主要是應(yīng)用于風力資源豐富但電力不完善的地區(qū)。其設(shè)計的重點在便捷和家用兩個方面。 本次設(shè)計的風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)主要由葉片、增速器、發(fā)電機組成，從這三個部分去完成風力發(fā)電機的設(shè)計。風輪葉片的基本結(jié)構(gòu)要滿足發(fā)電的需求，材料上也要能夠承受的住時間和和環(huán)境造成的破壞，所以選用各項性能都比較優(yōu)秀的玻璃鋼材料符合設(shè)計要求；增速器主要是增大機械能為發(fā)電機提供足夠的動力，其設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單小巧，使結(jié)構(gòu)重量簡化；發(fā)電機選用市場上性能優(yōu)越的稀土永磁

2、發(fā)電機，不僅結(jié)構(gòu)小巧，發(fā)電能力也是不可小覷。 其余輔助部分的設(shè)計主要有發(fā)電機的調(diào)向方式，使用尾翼來進行自動調(diào)向。支撐結(jié)構(gòu)采用鋼管拉索的形式，簡單方便自己就可以簡單制作。電力儲存的方法將使用智能充電控制。 本次設(shè)計的風力發(fā)電機在要求上完全符合便捷和家用這兩點，在性能、結(jié)構(gòu)和成本上把控的非常好，安裝維護和使用都非常簡單，達到了最初的設(shè)計目標。 關(guān)鍵詞：便捷；家用；風力發(fā)電機；設(shè)計。 Design of Portable Home Wind Generator Abstract：Wind energy is a kind of clean energy that is convenie

3、nt and inexhaustible, and the most direct way to convert wind energy is through wind turbines. The purpose of this paper is to design a convenient household wind turbine, which is mainly used in areas with abundant wind resources but imperfect power. Its design focuses on convenience and home use.

4、The structure of the wind turbine designed this time is mainly composed of blades, speed increaser, and generator. From these three parts, the design of the wind turbine is completed. The basic structure of the wind turbine blades must meet the needs of power generation, and the materials must be ab

5、le to withstand the time and the damage caused by the environment. Therefore, the use of glass fiber reinforced plastic materials with excellent performances meets the design requirements; the speed increaser is mainly increased The mechanical energy provides enough power for the generator, and its

6、design structure should be simple and compact, so that the structure weight is simplified; the generator uses the rare earth permanent magnet generator with excellent performance on the market. Not only is the structure compact, but the power generation capacity is also not to be underestimated. Th

7、e design of the remaining auxiliary parts mainly includes the direction-adjusting method of the generator, and the tail wing is used for automatic direction-adjusting. The support structure is in the form of steel tube cable, which is simple and convenient and can be easily manufactured by yourself.

8、 The method of power storage will use intelligent charging control. The wind turbine designed this time fully meets the requirements of convenience and household use. It is very well controlled in performance, structure and cost. Installation, maintenance and use are very simple, and the original d

9、esign goals have been reached. Keywords: Convenient；Home use；Wind Generator；design. 1 緒 論 1.1 風力發(fā)電的概述 現(xiàn)代社會的發(fā)展離不開能源的推動，化石燃料的開發(fā)與利用對社會進步做出了重大貢獻。但化石燃料大量使用也引發(fā)了許多問題，一是對環(huán)境會造成嚴重破壞，化石燃料燃燒會產(chǎn)生大量的污染物，對氣候和環(huán)境都會造成影響。最主要的體現(xiàn)就是近些年來的“溫室效應(yīng)”，全球氣溫的升高和極端天氣的頻繁出現(xiàn)。二是化石燃料都是由數(shù)百萬年前的動植物演化來的，他們的儲量都是有限的，遲早有用完的那一天。所以開發(fā)可以持續(xù)利用的清

10、潔能源一直是世界各國的首要問題。 可再生能源大多來自太陽能、水能、風能、地熱能、潮汐能、生物質(zhì)能等，都是清潔能源，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染或產(chǎn)生很小的污染。在經(jīng)歷了多年的發(fā)展后，可持續(xù)再生能源在世界各國的發(fā)展中都占據(jù)了重要地位。其中以風能的開發(fā)與利用發(fā)展最為迅速，風能的開發(fā)與利用在世界各國的可持續(xù)再生能源中占據(jù)了很大部分。而開發(fā)與利用風能的最直接的方式就是風力發(fā)電。 1.2 全球風力發(fā)電的現(xiàn)狀 目前，可再生能源被世界各國大力開發(fā)與利用，其中發(fā)展最快的還是要屬風能，風能成為了繼化石燃料、石油燃料之后的重要能源。當前全球風力發(fā)電廠以每年29%的增速在發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計至2018年底，全球風力發(fā)電總裝機容

11、量達591GW，是2001年增長的23倍，年均復(fù)合增長率20.74%。2018年全球新增裝機容量是51.3GW，約是2001年增長的7倍，年均復(fù)合增長率是12.92%。由此可見，風力發(fā)電正在以不可預(yù)料的速度迅猛發(fā)展。目前全球風力發(fā)電主要集中在亞、美、歐，其中截至2018年底，全球風力發(fā)電總裝機容量排名前五的國家分別是中國、美國、德國、印度和西班牙[[] 黃建峰.全球風力發(fā)電的現(xiàn)狀及展望[J].科技資訊,2011(23):116-117. ]。 1.3 我國風力發(fā)電的發(fā)展 我國的風力發(fā)電起步較晚，從80年代開始，由零基礎(chǔ)到現(xiàn)在我國能夠自主研發(fā)風力發(fā)電系統(tǒng)。我國在風力發(fā)電上的發(fā)展是十分迅速的

12、，到現(xiàn)在中國的風力發(fā)電量在世界上已經(jīng)排在了首位，風力發(fā)電機的總裝機容量更是居于世界前列。在我國風力發(fā)電發(fā)展之初主要是靠引進國外的設(shè)備和技術(shù)，使得風力發(fā)電發(fā)展受到制約，為了掙脫這些約束國家大力推行風力發(fā)電的國產(chǎn)化。使我國的風力發(fā)電制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，為我國風電裝備的大規(guī)?；於嘶A(chǔ)，也使我國成長到了如今可以獨立自主研發(fā)并制造大型風力發(fā)電機的程度[[] 董爽.風力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題分析[J].才智, 2016(06): 226-228. ]。 我國不僅陸上風能資源豐富，海上風力資源更為豐富，海上風能資源的開發(fā)是如今風能開發(fā)的重點。海上風能資源由于都比較靠近用電中心還不占用土地，所以海

13、上風力發(fā)電比陸上風力發(fā)電更占優(yōu)勢。近年來我國的海上風力發(fā)電也是發(fā)展的十分迅速[[] 中國風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].青?？萍?2015(04):20-21. ]。 1.4 我國小型風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景 從80年代初我國就已經(jīng)開始了家用小型風力發(fā)電機方面的研發(fā)與制造，小型風力發(fā)電機研發(fā)的主要目的是為了讓電網(wǎng)不能到達的偏遠地區(qū)也能用上電。盡量做到一臺風力發(fā)電機就能夠供應(yīng)一個家庭的基本用電。當前我國的小型風力發(fā)電機發(fā)展良好，自主研發(fā)的小型風力發(fā)電機具有穩(wěn)定性好、啟動風速低、使用方便、價格實惠等優(yōu)點。目前1KW以下的小型風力發(fā)電機是市場上的主流機型，主要服務(wù)人群也是廣大的農(nóng)、牧、魚民。 我國

14、的小型風力發(fā)電機不僅在國內(nèi)發(fā)展不錯，在國外市場也是占據(jù)一定地位，據(jù)統(tǒng)計2017年我國在亞洲等國家和地區(qū)的中小型發(fā)電機的出口額達1289萬美元，歐洲等國家的出口額為1074.5萬美元，北美的出口額為510.6萬美元等[[] 姚修偉.2017年我國中小型風能設(shè)備行業(yè)發(fā)展概況[J].風能,2018(07):58-60. ]。小型風力發(fā)電機的發(fā)展在國外也是一片大好，隨著一些政策的出臺也有利的幫助了小型風力發(fā)電機的發(fā)展，國內(nèi)外的共同需求也刺激著小型風力發(fā)電機的發(fā)展。所以小型風力發(fā)電機的發(fā)展仍具有很大的潛力。 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容 本次我要設(shè)計的便捷式家用風力發(fā)電機主要是為風力資源豐富但用電

15、困難的地區(qū)提供基本的生活用電。為了符合便捷和家用這兩點，所設(shè)計的風力發(fā)電機體積要小，結(jié)構(gòu)要簡單。所以我主要把風力發(fā)電機分為三個部分，風輪葉片、增速器和發(fā)電機，這樣結(jié)構(gòu)上就比較簡單了。由于家用的風力發(fā)電機的功率不用很大所以小功率的風力發(fā)電機體積就不會很大。從以上的幾個方面出發(fā)，所延伸出來的內(nèi)容就是此次設(shè)計的主要內(nèi)容了[[] 陳立人,吳小媛.一種小型風力發(fā)電機裝置[P]. 中國專利: CN209414032U, 2019-09-20. ][-[] 繆曉賓.便攜式小型風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法淺談[J].科技風,2017(16):220-224. ]。 2 便捷式家用風力發(fā)電機裝置及方案

16、2.1 風力發(fā)電機原理 風力發(fā)電機的作用是將風能轉(zhuǎn)化為電能，風力發(fā)電機主要由風輪、發(fā)電機、傳動裝置和塔架等機構(gòu)組成。發(fā)電機的發(fā)電原理就是通過線圈旋轉(zhuǎn)切割磁感線從而產(chǎn)生電流。風力發(fā)電機的原理就是通過風能帶動風輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生機械能，在利用機械能來帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生電流。所以風速越快產(chǎn)生的機械能越大，產(chǎn)生的電流越多[[] 姚興佳.風力發(fā)電機組理論與設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社，2013. ]。風力發(fā)電機原理圖如2-1所示； 圖21風力發(fā)電機原理圖 2.2 小型風力發(fā)電機使用條件 一般年平均風速3m/s以上，全年至少有3000h的風速在3～18m/s，全年3～18m/s的有效風能

17、密度要達到100W/m2。這樣的地區(qū)才能發(fā)揮出風力發(fā)電機的最大效率。風力發(fā)電機的選擇最好與當?shù)氐娘L力數(shù)據(jù)相匹配，這樣才能最高效的發(fā)揮出風力發(fā)電機的作用，也能合理的利用資源節(jié)省成本。 2.3 水平軸小型風力發(fā)電機的組成 本次設(shè)計所采用的發(fā)電機形式是水平軸，水平軸小型風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)比較簡潔，一般是由發(fā)電機、風輪塔架、升速機構(gòu)、調(diào)向機構(gòu)、蓄電池、控制器、逆變器等組成。水平軸小型風力發(fā)電機是通過風能使葉片轉(zhuǎn)動，通過葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的機械能來帶動發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能，再通過整流器轉(zhuǎn)換后輸出[[] 郭洪澈.小型風力發(fā)電機組系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].可再生能源,2018(05):15-17. ][-[]

18、 李駿馳.基于儲能的小型風力發(fā)電機并網(wǎng)控制的實驗研究[D].華北電力大學(北京),2016. ]。水平軸小型發(fā)電機的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示； 圖22水平軸風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖 2.3.1 風輪 風輪是風力發(fā)電機制造電能所必不可少的重要零件，一般的風力發(fā)電機的葉片都是3個，大多數(shù)的葉片材料都是使用玻璃鋼材料，是先用鋼材做好骨架然后在表面附上玻璃鋼，再在內(nèi)部填充一些泡沫塑料。但這樣的大部分靠手工完成的葉片不適合用在小型的風力發(fā)電機上，制作費時而且質(zhì)量不穩(wěn)定，現(xiàn)在都是采用機械化生產(chǎn)等截面葉片。小型的風力發(fā)電機在葉片材料的選擇上最先考慮的是它的效率，其次才會考慮葉片的硬度、重量等。在小型風力發(fā)電

19、機上一般3葉片就可以達到最佳效率，所以本次設(shè)計選擇三葉片風輪[[] 王建錄,趙萍,林志民,劉萬琨.風能與風力發(fā)電技術(shù)(第三版) [M].北京:化學工業(yè)出版社,2015. ]。 2.3.2 發(fā)電機 （1） 風力機選型 通過網(wǎng)上資料的查詢，制作出了內(nèi)蒙古某一適合安裝便捷式家用風力發(fā)電機地區(qū)，全年的氣象數(shù)據(jù)資料如表2-1所示； 表21氣象資料統(tǒng)計表 風力 等級 0 1 2 3 4 5 6 風速 （m/s） 0.0～0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 （km/h） ＜1 1～

20、5 6～11 12～19 20～28 29～38 39～49 平均 天數(shù) 10～18 20～33 19～47 54～105 175～245 45～78 9～14 從表中數(shù)據(jù)可以看出，該地區(qū)全年大部分風力以1～5級為主，該地區(qū)每天的大概風力數(shù)據(jù)如表2-2所示 表22日風速時間表 風速（m/s） 2.5～8 8 ＞8 持續(xù)時間（h/天） 7 3.5 3.5 本次設(shè)計的便捷式家用發(fā)電機是為了給單一家庭供電，所以還需考慮便捷式家用發(fā)電機能否滿足一戶人家一天的用電需求。根據(jù)一般家庭的家中用電設(shè)備情況，列出了下列統(tǒng)計表如表2-3所示； 表23家用電器

21、耗電量統(tǒng)計表 用電設(shè)備 智能手機 液晶電視 冰箱 節(jié)能燈 額定功率/W 0.5 100 110 20 數(shù)量 3 1 1 4 日用電平均時間/h 3 3 10 6 日總用電量/Kwahu 0.0045 0.3 1.1 0.48 每日用電 總計 1.8845 KWh 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以知道一般家庭一天的用電量大約為1.9KWh。所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步選擇額定風速是10m/s、額定功率是400W的風力機。 風力機的功率計算公式為： Ρw=12CpηmηeeAV3#（2-1） 小型的風力發(fā)電機，其輸出功率與風速的三次方成正比關(guān)系，風力發(fā)電機

22、的輸出功率計算公式為： Pw=V1VP#（2-2） 上述公式中： V1——額定風速，單位m/s； P ——風力機的額定輸出功率，單位P； V ——實際風速，單位m/s。 風力機所輸出的總電能計算公式為： Ew=PwmTm#（2-3） 上述公式中： Ew——風電機的總輸出電能，單位KW?h； Pwm——平均風速為m時的輸出功率，單位W； Tm——平均風速為m時的時間，單位h。 當達到10m/s風速時，風電機的平均功率計算公式為： Pe=0.4kw#（2-4） 根據(jù)每日風速數(shù)據(jù)統(tǒng)

23、計表中的數(shù)據(jù)可知2.5~8m/s的風速每日的持續(xù)時間為7小時，我們就取風速的中間值5m/s進行計算，當風力達到5m/s的風速時風力發(fā)電機的平均功率計算公式為： Pw1=(VVe)3Pe=(510)30.4kw=0.05kw#（2-5） 當風力為8m/s的風速時，風力發(fā)電機的平均功率計算公式為： Pw2=(VVe)3Pe=(810)30.4kw=0.2048kw#（2-6） 當風力超過8m/s風速時，我們?nèi)∩源蟮?m/s風速來計算這段時間風力發(fā)電機的平均功率，平均功率計算公式為： Pw3=(VVe)3Pe=(910)30.4kw=0.2916kw#（2-7） 根據(jù)上面三次的計算就可以

24、得出每天產(chǎn)生的總電能計算公式為： Ed=Pw17+Pw23.5+Pw33.5=2.0874KW?h#（2-8） 通過上面的計算數(shù)據(jù)可以看出風力發(fā)電機每天產(chǎn)生的電能約為2.0874KW?h，大于這戶人家每天的用電量1.9KW?h，所以選擇額定風速是10m/s，額定功率是400W的小型風力發(fā)電機，就可以滿足當?shù)赜脩舻挠秒娦枨蟆? （2） 發(fā)電機的選擇 永磁式的發(fā)電機一直是小型風力發(fā)電機的首選，通過風輪產(chǎn)生的機械能帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動從而產(chǎn)生電流，再經(jīng)過整流器整流后轉(zhuǎn)化成可以輸入到蓄電池中的直流電。 在查找過相關(guān)資料后，決定選用使用方便、發(fā)電效率高的稀土永磁發(fā)電機，既減小了風力發(fā)電機的尺寸也優(yōu)化了

25、發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，還減小了生產(chǎn)成本[[] 彭鴻才.電機原理及拖動第三版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2018. ]。 2.3.3 對風裝置 為了能使從風中獲得的能量最大化，就要使風輪葉面能實時對準風向，這就需要一個對風裝置來實現(xiàn)了，對風裝置是通過尾翼來控制風力發(fā)電機的水平轉(zhuǎn)動，使風輪與風向永遠保持相對[[] 李良君.風力發(fā)電機組控制技術(shù)[M].北京: 化學工業(yè)出版社,2019. ]。對風裝置如圖2-3所示； 圖 23對風裝置 2.3.4 塔架 塔架的作用是讓風輪可以離地面更遠，從而獲得更多的風能資源，塔架的結(jié)構(gòu)形式有很多種，主要是以鋼架結(jié)構(gòu)和圓錐形鋼管結(jié)構(gòu)為主。一般會對剛制塔架

26、進行表面處理，延長其使用壽命。在實際選用塔架時其成本問題也必須考慮到。 2.3.5 齒輪箱 由于風力的不穩(wěn)定性，所以產(chǎn)生的機械能也是不穩(wěn)定的。不能使發(fā)電機良好的發(fā)電。所以加裝一個升速器齒輪箱，就可以在風力弱的時候也能使發(fā)電機良好運轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定。還應(yīng)該在風力發(fā)電機上加裝制動裝置防止葉輪轉(zhuǎn)動過快。 2.3.6 制動器 制動器是可以讓風力發(fā)電機停止轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，小型風力發(fā)電機上的制動器有電磁、手動、液壓制動器等。但家用的風力發(fā)電機采用的是更加簡單的方式，一般是在尾翼上系上一根鋼絲繩。當風力太大時，用繩子將風力發(fā)電機的朝向改變，減小風能的作用[[] 張亞彬,馬麗娜.小型風力發(fā)電實用技術(shù)[M].北京

27、:人民郵電出版社,2013. ]。 2.3.7 有效風速的選擇 風力發(fā)電機正常工作需要一定的風速，而風力小于3m/s時，風能太小沒有使用價值。風力太大超過25m/s時，還可能會對風力發(fā)電機造成破壞。所以風力的有效范圍選定在3~20m/s。 2.4 風力發(fā)電機的安裝 便捷式家用風力發(fā)電機的安裝有兩種方式。一種是以房屋等建筑物為載體來進行安裝，這種安裝方式不僅可以節(jié)省塔架的材料還能更大程度的避開周圍阻擋物，更好的接收風能。另一種就是完全靠塔架來支撐，因為風力發(fā)電機要安裝的足夠高才能更好的吸收風能，并且避開大部分遮擋物。所以這種安裝方式用到的塔架材料會比較多[[] 王旭強.小型風力發(fā)電機的

28、安裝[J].黑龍江科學,2019,10(22):86-87. ]。 2.5 風力發(fā)電機基本方案的確定 通過查閱相關(guān)資料最終確定了風力發(fā)電機的設(shè)計方案，為保證其工作效率、制造成本的、使用性能等確定了如表2-4所示的設(shè)計方案。 表 24設(shè)計方案 啟動風速 3m/s 發(fā)電機 稀土永磁發(fā)電機 額定風速 10m/s 葉片材料 玻璃鋼 停機風速 25m/s 額定功率 400W 工作風速 3~20m/s 制動方式 手動制動 安全風速 25m/s 塔架結(jié)構(gòu) 角鋼桁架 風能系數(shù) 0.42% 充電方式 智能充電控制 3 便捷式家用風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

29、 3.1 風力發(fā)電機的有效功率 風力發(fā)電機的有效功率Ne(W)可以由下方法公式計算得出： Ne=KCaCtSv3η#（3-1） 上述公式中： K——單位換算系數(shù)； Ca——空氣高度密度換算系數(shù)； Ct——空氣濕度密度修正系數(shù)； S——風輪葉片掃掠面積，m2； v——風速，m/s； η——風力機全效率。 風力發(fā)電機的全效率一般取η=25%-50%。低速風力發(fā)電機取小值，1~3葉片高速風力機取大值；一般高速風力發(fā)電機設(shè)計時取30%-50%。其中風力機的功率換算系數(shù)如表3-1所示，空氣密度修正系數(shù)如表3-2

30、所示，設(shè)計風力發(fā)電機初估全效率取值表如表3-3所示； 表 31風力機功率換算系數(shù) 風力機功率Ne單位 風輪葉片掃掠面積s 風速ν 功率換算系數(shù)K 瓦特W 平方英尺ft2 英里/小時mileh 5.0810?1 瓦特W 平方英尺ft2 英尺/秒fts 1.6110?3 瓦特W 平方米m2 米/秒ms 0.6127 馬力ph 平方英尺ft2 英里/小時mileh 6.8110?6 馬力ph 平方米m2 米/秒ms 8.2110?4 表 32空氣密度修正系數(shù)Ca,C1值 海拔高度 m 海拔高度 ft Ca 攝氏溫度 ℃

31、 華氏溫度 ℉ C1 0 0 1.00 ?17.78 0 1.13 762 2500 0.912 ?6.67 20 1.083 1524 5000 0.832 4.44 40 1.040 2286 7500 0.756 15.5 59.9 1.000 3048 10000 0.687 26.67 80 0.963 表 33設(shè)計風力發(fā)電機初估全效率取值表 風力機形式 初估全效率η 說明 多葉片風力機 10%~30% 多用于農(nóng)、牧業(yè)灌溉 風帆葉片風力機 10%~20% 多用于抽水、碾米、磨面 垂直軸“索旺尼斯

32、”風力機 10%~20% 多用于抽水、壓縮空氣 垂直軸“達里厄”風力機 15%~30% 用于風力發(fā)電機 扭曲葉片風力機（螺旋型葉片） 15%~35% 30%~45% 1.0~10.0KW小型風力發(fā)電機 10.0~100KW中型風力發(fā)電機 扭曲葉片風力機（螺旋型葉片） 35%~50% 100KW以上大型風力發(fā)電機 3.2 風輪葉片掃掠的面積S及風輪直徑d的確定 3.2.1 風輪葉片掃掠的面積 由風力機的有效功率計算公式Ne=KCaCtSv3η可以推算出風輪掃掠的面積的計算公式為： S=NeKCaCtSv3η#（3-2） 上述公式中： Ne——風力機有效功率，

33、W；即Ne=0.4kw； K——單位換算系數(shù)，從表3-1中選取；K=0.6127； Ca、Ct——空氣高度密度換算系數(shù)和空氣濕度密度換算系數(shù)； V——按風力發(fā)電機使用地方的風速給定 m/s,即10m/s； Η——從表3-3中選取，選取30%。 按表3-2根據(jù)風力發(fā)電機使用地理、自然條件選取；取Ca=1、Ct=1.13。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算得出 S風輪掃椋面積=NeKCaCtSv3η=0.4kw0.61271.131030.3=1.926m2 3.2.2 風輪直徑的確定 根據(jù)計算得出的風輪掃掠面積后，就可以根據(jù)面積推算出風輪的直徑。 d=2S/π=21.962/π≈1.581m

34、 為了計算制造方便把結(jié)果取整d=1.6m 3.2.3 確定風力發(fā)電機葉片數(shù) 葉片數(shù)量的多少與風力機的用途有一定關(guān)系，與葉尖速度之比也有一定的關(guān)系，根據(jù)前面的方案以及數(shù)據(jù)的計算，最終選擇葉片數(shù)為3葉片，風輪直徑1.6m，尖速比為3[[] 葉杭冶,等.風力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護(第2版) [M].北京:電子工業(yè)出版社,2014. ]。 3.2.4 確定單個葉片的面積 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)換風能的大小與風輪葉片的翼型，還有葉尖速度之比有關(guān)，而且還跟風輪的密實比有關(guān)。密實比是指單個葉片的表面積ksy與風輪葉片的掃掠面積S之比。密實比的比值越大，其風輪葉片的尖速比越低，風輪轉(zhuǎn)動起來的速度也就越慢

35、，風輪葉片也就越多。低速轉(zhuǎn)動的多葉片風輪的啟動性能好，比較適合用來灌溉、壓縮空氣、碾米；密實比的比值越小，其風輪葉片的尖速比越高，風輪轉(zhuǎn)動起來的速度也就越快，風輪葉片也就越少，比較適合在風力發(fā)電機上使用。 密實比的計算公式為 Sy=KSK#（3-3） 上述公式中： K——風輪葉片數(shù)； K——密實比。 按照葉片密實度K與尖速比λ關(guān)系曲線圖3-1中的數(shù)據(jù)關(guān)系選取，當λ=3時，K=0.12～0.27，取K=0.2，所以單個風輪葉片的面積為： Sy=KSK=0.21.9263=0.1284m2 為了計算制造方便把結(jié)果取整Sy=0.13m2 圖 31葉片密

36、實度K與尖速比λ關(guān)系曲線 3.3 風輪轉(zhuǎn)速n的計算及增速比i的確定 3.3.1 風輪轉(zhuǎn)速n的計算 風輪的轉(zhuǎn)動速度n是要看風力發(fā)電機主要被用來做什么，轉(zhuǎn)速的多少還是要看風輪的尖速比λ，風輪的尖速比越大風力風輪的轉(zhuǎn)動速度就越快。 n=60λv2πR(r/min)#（3-4） 上述公式中： R——風輪的半徑，單位m。 所以 n=60λv2πR=603102π0.8≈358(r/min) 3.3.2 增速比i的計算 風能驅(qū)動風輪旋轉(zhuǎn)，但其產(chǎn)生的機械能一般達不到發(fā)電機正常轉(zhuǎn)速的要求，現(xiàn)在市面上的發(fā)電機大多是4級、6級、8級的，它們的正常同步轉(zhuǎn)速都是在1500 r/min 、1000

37、r/min、750 r/min，跟風輪的實際轉(zhuǎn)速嚴重不符，所以要使用增速箱將風輪產(chǎn)生的機械能增大使之達到發(fā)電機轉(zhuǎn)速的要求，正常發(fā)電。 現(xiàn)在市面上的直流或交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速越小其效率也就越小，但為了減小風力發(fā)電機的增速比又不得不選擇轉(zhuǎn)速較低的發(fā)電機，以減小增速箱的傳動比大小，減輕制造成本，增強可靠性。 增速比i可由下式計算得出 i=nDn#（3-5） 上述公式中： nD——發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速r/min；選用同步轉(zhuǎn)速為600r/min； N——風輪轉(zhuǎn)速，r/min。 所以： i=nDn=600358≈1.676 3.4 風輪葉片具體尺寸的確定 3.4.1 葉片從轉(zhuǎn)動中心至葉尖不同位

38、置的尖速比 λ是指風輪葉片的尖端速度與實際風速的比值，而風輪葉片的轉(zhuǎn)動中心到葉片不同半徑葉尖處的尖速比λi可由下面的公式計算得出： λi=2πnri60v#（3-6） λiλ=2πnri60v/2πnR60v#（3-7） λi=λriR#（3-8） 上述公式中： λi——葉片從轉(zhuǎn)動中心至葉尖不同半徑處的尖速比； ri——葉片從轉(zhuǎn)動中心至葉尖的不同半徑； R——風輪半徑；R=0.8m，葉片不同半徑ri處的尖速比λi。 將風輪葉片等分為8份，每段的間隔為0.1m，計算出每一截面的尖速比λi的值，每一段尖速比值如下所示： λ1=30.80.8=3 λ2=30.70.8=2.6

39、25 λ3=30.60.8=2.25 λ4=30.50.8=1.875 λ5=30.40.8=1.5 λ6=30.30.8=1.125 λ7=30.20.8=0.75 λ8=30.10.8=0.375 3.4.2 葉片從轉(zhuǎn)動中心至葉尖不同半徑處的剖面翼型弦長 為了使風能均勻的分布到整個風輪葉片，風輪葉片首先要有不一樣的翼型弦長，還需要風輪葉片有一定的扭曲，這樣才能夠讓風輪葉片各處的升阻比相同，這樣就能最大的利用風能。不同的風輪葉片翼型所能利用風能的多少也不一樣，為了區(qū)分各種風輪葉片利用風能的多少列出了風輪葉片的形狀數(shù)據(jù)，風輪葉片的形狀數(shù)據(jù)和尖速比的關(guān)系曲線如圖3-2所示，其風輪

40、尖速比越大，風輪葉片的面積則越小。 圖 32尖速比λ與葉片形狀數(shù)據(jù)的關(guān)系曲線 風輪葉片利用風能的多少還跟風輪葉片的迎風角有聯(lián)系，也就是與迎角α相關(guān)，相對迎風角為?=α+θ，從式子中可以看出要想讓風輪葉片各部分的風能一樣，風輪葉片各部分的安裝角θ也要變化，也就是相對迎風角?變化，扭曲葉片就是這么來的。風輪葉片的尖速比λ跟相對迎風角?之間的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖3-3所示，圖中表明了尖速比?越大其相對迎風角也就越小。 圖 33尖速比λ與葉片的相對迎風角φ的關(guān)系曲線 風輪葉片的翼型弦長跟升阻比、尖速比、葉片形狀數(shù)據(jù)等都有很大關(guān)系，風輪葉片從中心到不同截面處的半徑，其風輪葉片的翼型弦長Li的

41、計算公式為： Li=riCcCLk(m)#（3-9） 上述公式中： ri——葉片從轉(zhuǎn)動中心至葉尖的不同位置的半徑； Cc——葉片形狀參數(shù)，可以根據(jù)圖3-2計算出所對應(yīng)的葉片形狀數(shù)據(jù)； CL——升力系數(shù)，根據(jù)圖3-4選取最佳值CL=1.2； k——風輪的葉片數(shù)。 圖 34翼型升力及阻力系數(shù)、升阻比與迎角的關(guān)系曲線 通過查表，分析得出下列數(shù)據(jù)： 表 34葉片的參數(shù) 葉片的不同 半徑數(shù)N 葉片的不同 半徑值ri (m) 葉片不同半徑處的尖速比 λi 葉片不同半徑處的形狀參數(shù)CCi 葉片不同半徑處的相對迎風角?iο 1 0.8

42、 3 0.47 12 2 0.7 2.625 0.57 13 3 0.6 2.25 0.75 17 4 0.5 1.875 0.98 18.5 5 0.4 1.5 1.25 23 6 0.3 1.125 1.8 29 7 0.2 0.75 3.3 35 8 0.1 0.375 4.2 46 將表中的數(shù)據(jù)帶入翼型弦長公式中得： L1=riCcCLk=0.80.471.23=0.104m L2=riCcCLk=0.70.571.23=0.111m L3=riCcCLk=0.60.751.23=0.115m L4=

43、riCcCLk=0.50.981.23=0.136m L5=riCcCLk=0.41.251.23=0.139m L6=riCcCLk=0.31.81.23=0.15m L7=riCcCLk=0.23.31.23=0.183m L8=riCcCLk=0.14.21.23=0.117m 3.4.3 求風輪葉片的平均弦長 計算葉片的平均弦長Lm可由下式得出： Lm=L1+L2+???Lii#（3-10） Lm=0.104+0.111+0.115+0.136+0.139+0.15+0.183+0.1178=0.131875m 3.4.4 求升力曲線平均斜率 KL=CL(max)-

44、CL0αL（max）-α0#（3-11） 上述公式中： CL(max)——升力曲線最大值；升力系數(shù)為零時所對應(yīng)的迎角為-6.2； CL(0)——零升力； aL(max)——CLmax最佳升力角aLmax時的最大升力系數(shù)，在升阻比CL/CD最大值時所對應(yīng)的迎角aLAMAX=14； a0——升力系數(shù)CL為零時所對應(yīng)的迎角為-2。 所以： KL=CL(max)-CL（0）αL（max）-α0=1.2-0ο14-(-2)≈0.075 3.4.5 葉片的展弦比 葉片的展弦比RZ可由以下公式計算得出： RZ=R2Sy=RLm#（3-12） 上述公式中： Lm——葉片的平均弦長；

45、 Sy——葉片面積； R——風輪轉(zhuǎn)動半徑。 結(jié)合之前所求出的數(shù)值可以得出葉片的展弦比RZ為： RZ=R2Sy=RLm=0.80.131875=6.066 3.4.6 求葉片的平均迎角 葉片的平均迎角可由以下公式計算得出： am=α0+CLKL1+3RZ#（3-13） 上述公式中： a0——升力系數(shù)為零時的葉片迎角（），通常為負值，α0=-2； Rz——展弦比； CL——升力系數(shù)； KL——升力曲線平均斜率； 所以葉片的平均迎角為： am=α0+CLKL(1+3RZ)=-2ο+1.20.089(1+36.066)=22.15 3.4.7 葉片的實際安裝角 風力發(fā)

46、電機葉片的實際安裝角應(yīng)該是每一ri處所對應(yīng)的實際安裝角θi的相對迎風角?i減去風輪葉片的平均迎角am。 其實際安裝角可由下式計算出 θi=?i-am#（3-14） 上述公式中： θi——不同位置的半徑ri與之相應(yīng)的實際安裝角，()； ?i——ri處所對應(yīng)的葉片相對迎風角，()； am——葉片的平均迎角，()。 各ri處風輪葉片相應(yīng)的實際安裝角為θi=?i-am=?i-22.15 θ1=12-22.15=-10.15 θ2=13-22.15=-9.15 θ3=17-22.15=-5.15 θ4=18.5-22.15=-3.65

47、 θ5=23-22.15=0.85 θ6=29-22.15=6.85 θ7=35-22.15=12.85 θ8=46-22.15=23.85 3.4.8 葉片翼型的選擇 風力發(fā)電機的空氣動力性能與風輪葉片的翼型、葉展的形狀有密切關(guān)系，要想增大風力發(fā)電機的風能利用率，要增加它的升力減輕它的阻力，要使它接近于最大值。翼型是構(gòu)成葉片的重要部分，風輪葉片根部的翼型力臂比較小，所以風輪葉片根部不會對風力發(fā)電機的性能產(chǎn)生太大影響，要考慮的是風輪葉片的強度和加工問題。要達到高升比的要求就要在葉片尖部采用薄翼型，為了達到足夠的結(jié)構(gòu)強度一般會在根部使用較大升力系數(shù)翼型和采用相同翼型[[] Abolfa

48、zl Pourrajabian,Peyman Amir Nazmi Afshar,Mehdi Ahmadizadeh,David Wood. Aero-structural design and optimization of a small wind turbine blade[J]. RenewableEnergy,2016,87. ]。 常見的翼型有很多種，NACA644XX、NACA44XX、NACA230XX等航空翼型，瑞典的FFA2W系列翼型族，美國的SERI專用系列翼型。選取的翼型要根據(jù)設(shè)計的需要來選取，本次設(shè)計選用NACA4412翼型，其截面形狀如圖3-5所示； 圖

49、35NACA4412翼型截面形狀 3.4.9 葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計 風輪葉片是風力發(fā)電機發(fā)機最重要的部分，其性能的好壞會對風力發(fā)電機產(chǎn)生直接影響，所以性能要達到以下指標。 幾何尺寸： 弦長偏差2 mm (max)； 厚度偏差1mm (max)； 扭角偏差20mm (max)； 一副風輪葉片（3個）對軸的力矩相差不能大于5gm； 葉片重量（1副）相差不能大于500gm； 葉柄與軸的同軸度公差0.50mm； 葉片前、后弦和葉身各過渡處應(yīng)光滑連接； 葉片表面光潔度要達到指定要求。 葉片的設(shè)計不僅是在翼型、安裝角、葉片扭曲、升阻比、尖速比等方面有要求，還需要葉片的結(jié)構(gòu)合理、材料先進和

50、科學的加工工藝，使葉片能夠承受葉片自重、離心力、風力等施加在葉片的各種拉力、彎矩。而且還需要葉片做到質(zhì)量輕、疲勞強度高、運行安全可靠、結(jié)構(gòu)強度高、制造容易、安裝方便、維修簡單、制造成本低和使用成本低。葉片表面的光滑要達到指定的要求。 為了達到這些要求，玻璃鋼——全稱玻璃纖維增強聚酯復(fù)合材料成了葉片制造的第一選擇，本次設(shè)計選用的就是增強玻璃鋼葉片。圖3-5就是玻璃鋼和其他材料制成葉片的截面結(jié)構(gòu)，圖3-6是葉片的整體結(jié)構(gòu)。 圖 36葉片的結(jié)構(gòu)形式 圖 37葉片整體結(jié)構(gòu) 3.4.10 風輪葉片在轉(zhuǎn)動中所受的力及塔架的受力分析 （1）葉片升力FL FL=12ρ?CLSyv2=1

51、21.251.20.13102=9.75N （2）葉片阻力FD FD=12ρ?CDSyv2=121.250.0240.13102=0.195N （3）風輪葉片軸向推力 P=0.4v2=0.4102=400N （4）葉片受離心力Fg Fg=Ggω2r=49.8(2π35860)20.35=229.5N （5）葉片受拉力P 最大拉力 Pmax=FG+G=229.5+4=233.5N 最小拉力 Pmin=FG-G=229.5-4=225.5N （6）重力對葉片縱梁的彎矩MG MG=GRcosβ=40.35cos30=1.21N?M （7）葉片重量G對風輪軸的彎矩 M=kGa

52、=3430.2=7.2N 3.5 葉片的翼型流場數(shù)值模擬 3.5.1 翼型流場分析的意義 在風力發(fā)電機的葉片被設(shè)計出來后，要根據(jù)其三維模型進行一些模擬分析，以此來檢測有沒有達到所要設(shè)計的標準。也可以為實際的生產(chǎn)和安裝提供一些有用的參數(shù)，因此模擬分析是十分必要的。 3.5.2 葉片的翼型流場數(shù)值模擬 現(xiàn)在用于分析葉片翼型動態(tài)流動現(xiàn)象的方法主要有三種，理論分析、數(shù)值模擬和實驗。而分析翼型的二維動態(tài)分布主要是用數(shù)值模擬法，這種方法可以得到葉片的壓力分布圖、弦長變化對壓力系數(shù)的改變和翼型模擬外形的分布圖。 本次對NACA4412翼型的流場模擬，將使用翼型專用的分析軟件profili進行模

53、擬操作。其中模擬參數(shù)的設(shè)定為雷諾輸RE=697000, 攻角范圍為0~10, 步進大小為2。以翼型的輪廓形狀為研究目標，可以得到我們需要的各種數(shù)據(jù)[[] Nemat Keramat Siavash,G. Najafi,Teymour Tavakkoli Hashjin,Barat Ghobadian,Esmail Mahmoodi. Mathematical modeling of a horizontal axis shrouded wind turbine[J]. Re newable Energy,2020,146. ]。 3.5.3 翼型表面壓力及壓力系數(shù)隨攻角變化關(guān)系 （1）

54、翼型表面壓力分布圖如以下各圖所示： 圖 38 α=0時壓力隨攻角變化 圖 39 α=2時壓力隨攻角變化 圖 310 α=4時壓力隨攻角變化 圖 311 α=6時壓力隨攻角變化 圖 312 α=8時壓力隨攻角變化 圖 313 α=10時壓力隨攻角變化 （2） 翼型表面壓力系數(shù)隨攻角分布圖如以下各圖所示： 圖 314 α=0時壓力系數(shù)隨攻角變化圖 315 α=2時壓力系數(shù)隨攻角變化 圖 316 α=4時壓力系數(shù)隨攻角變化圖

55、 317 α=6時壓力系數(shù)隨攻角變化 圖 318 α=8時壓力系數(shù)隨攻角變化圖 319 α=10時壓力系數(shù)隨攻角變化 根據(jù)翼型表面壓力分布圖我們可以知道，順著壓力分布的主要是翼型的前半部分而逆著壓力分布的是翼型的后半部分。這樣的分布情況是比較好的，可以有效減小前后兩個部分之間的壓力差。同時結(jié)合壓力系數(shù)的分布圖可以知道在翼型攻角變大的情況下，上下兩表面所圍成的面積也在變大，因為這些面積表示的是翼型表面存在壓力差?？梢杂纱丝闯鰤毫桥c攻角之間是正向比例的關(guān)系。 葉片翼型的升力大小與上下表面之間的壓力差有著密不可分的聯(lián)系，升力就是靠上下表面的

56、壓力差產(chǎn)生的。所以在攻角變大的情況下也使得升力變大，而葉片的阻力主要是摩擦力且摩擦力是不會突然變化的。 3.5.4 翼型虛擬外形與翼型攻角變化關(guān)系 （1） 翼型虛擬外形分布圖如以下各圖所示： 圖 320 α=0時翼型虛擬外形圖 圖 321 α=2時翼型虛擬外形圖 圖 322 α=4時翼型虛擬外形圖 圖 323 α=6時翼型虛擬外形圖 圖 324 α=8時翼型虛擬外形圖 圖 325 α=10時翼型虛擬外形圖 從上面的圖中可以看出在翼型攻角一直變大的情

57、況下，翼型尖部所在處也會跟著邊界層一起分離，分離的大小與攻角的變化是成正比的。分離點的位置也是在變化的，攻角越大分離點與翼型前端越接近。 在用profili軟件對翼型進行分析后我們可以知道翼型會受到很多因素的影響，也相當于讓我們知道了在設(shè)計制造中進行軟件模擬的重要性。 3.6 塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 風力發(fā)電機的塔架將使用獨桿拉索式，堅固耐用、使用方便，使用鋼管作為立桿的主材料，為了使風力發(fā)電機能得到更多的風能，安裝地點的附近不能有障礙物，前后百米范圍內(nèi)不能有高于風力發(fā)電機的建筑物，立桿要固定在結(jié)實的地面上。立桿的尺寸參數(shù)高6米、中空、直徑60mm、厚3mm，其實際形狀如圖3-26所示；

58、圖 326立桿 3.7 調(diào)向裝置設(shè)計 風能是風力發(fā)電機發(fā)電不可缺少的因素，而風力發(fā)電機所能利用風能的多少與風輪的垂直迎風大小有關(guān)系，當風力發(fā)電機的風輪垂直于風向時能最大限度的吸收風能，當風輪與風向不是成垂直有一定偏差時，所能吸收的風能就會減少。當風向平行于風輪時，幾乎吸收不到風能。所以調(diào)向機構(gòu)是風力發(fā)電機的必備機構(gòu)，能讓風輪與風向保持垂直，最大程度的吸收風能，才能產(chǎn)生較大的電能。一般的小型風力發(fā)電機都是采用尾翼調(diào)向，主要由尾翼板、尾翼梁構(gòu)成，安裝在風力發(fā)電機的尾部，與風輪是保持垂直的。其工作原理是：風力發(fā)電機在使用時尾翼板與風向始終保持平行，尾翼板的面積和尾翼梁的長度是產(chǎn)生這種原理的關(guān)鍵

59、，當風向發(fā)生偏移時風壓產(chǎn)生的力量就會推動風力達電機的轉(zhuǎn)動，才會讓風輪始終處在與風向垂直的位置。 3.7.1 尾舵的長度和面積 尾舵的長度由下面的式子計算 L1L2=14#（3-15） 設(shè)風力發(fā)電機的掃掠面積為A尾翼的面積是Af，其面積的比值按照下面的規(guī)律來取值：當L2=4L1時，風輪葉片較多，取Af=0.1A,風輪葉片在2~3片，取Af=0.04A，本次設(shè)計取Af=0.04A。 Af=0.04A=0.04π41.62≈0.08m2 實際中常取用L1≈0.15D、L2≈0.6D，式中D指的是風輪直徑則： L1=0.15D=0.151.6=0.24m L2=0.6D=0.61.6=

60、0.96m 3.7.2 尾翼的形狀 尾翼的形狀經(jīng)歷了許多變化，從老式到改進式再到新式。新式是最新的也是最好的，本次所選的尾翼形狀如圖3-27所示。它可以很好的感知風向、調(diào)整速度快，翼展和弦長的比值可以取hb=2~5，本次設(shè)計取hb=2。 由上面的計算數(shù)據(jù)可知Af=0.08m2，可求得： h=0.4 b=0.2 圖 327尾翼形狀 4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 4.1 傳動特點 為了使風力發(fā)電機傳動平穩(wěn)，將使用圓柱斜齒輪作為傳動齒輪，風輪產(chǎn)生的軸向力較小采用深溝球軸承來做支撐，軸與軸之間的連接全部使用聯(lián)軸器連接。 4.2 風力發(fā)電機總體及動力系統(tǒng)布置 “一字型”的布

61、局形式將作為本次設(shè)計的總體布置方案，如圖4-1所示 圖 41一字型總體布置 風力發(fā)電機中大多都會采用這種形式的布局，主要是因為它的負載分布均勻，對中性良好。不好的地方就是軸線較長，會造成主軸過短，使主軸承受的載荷增大。但是對于小型的風力發(fā)電機來說，基本不會過載。 4.3 整機傳動參數(shù)設(shè)計 詳細結(jié)構(gòu)如圖4-2所示 其中： I軸為主動軸； II軸為安裝大齒輪的軸； III軸為安裝小齒輪的軸; IV軸為連接發(fā)電機的軸。 圖 42各軸布局 （1）各軸轉(zhuǎn)速(rmin) 上圖傳動系統(tǒng)中各軸轉(zhuǎn)速為： nI=nII=358rmin

62、 nIII=nIV=inI=1.676358=600rmin （2）各軸輸入功率PKW PI=400W PII=PIη1=4000.992=392.04 PIII=PIIη2=392.040.970.99=376.48 PIV=PIIIη3=376.480.992=368.99 （3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩TN?m TI=9550PInI=95500.4358=10.67N?m TII=9550PIInII=95500.39204358=10.46N?m TIII=9550PIIInIII=95500.37648600=5.99N?m TIV=9550PIVnIV=95500.368

63、99600=5.87N?m 將數(shù)據(jù)整理成表格，方便后面的設(shè)計計算使用，如表4-1所示 表 41總體動力參數(shù) 項目 軸I 軸II 軸III 軸IV 轉(zhuǎn)速rmin 358 600 功率W 400 392.04 376.48 368.99 轉(zhuǎn)矩N?m 10.67 10.46 5.99 5.87 傳動比 1.676 效率 0.9801 0.9607 0.9801 4.4 斜齒圓柱輪傳動的幾何尺寸計算 4.4.1 材料、熱處理方法、精度等級的選定 （1）小型風力發(fā)電機屬于通用機械，風輪的轉(zhuǎn)速也不是很快，所以采用7級精度就可以滿足要求。 （2）

64、一般的大型風力發(fā)電機齒輪材料都是選用合金鋼，但由于小型風力發(fā)電機的制造成本不能太高，所以主動、從動齒輪都使用45鋼，在經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后大齒輪硬度210HBS，小齒輪硬度250HBS，兩個齒輪的硬度差為40HBS，滿足本次設(shè)計條件。 （3）小齒輪的齒數(shù)取：Z1=20， 大齒輪齒數(shù)為：Z2=uZ1=60035820=33.5，取Z2=34。 4.4.2 按照接觸強度進行初步計算 設(shè)計斜齒圓柱齒輪，初選齒輪的螺旋角為β=14。斜齒圓柱齒輪的接觸強度的計算公式為： d1t≥32KtT1?dεαu+1u(ZEZHσH)2#（4-1） （1）試選齒輪載荷系數(shù)為Kt=1.4。 （2）計算小齒輪所

65、傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=T3=5.99N?m （3）齒數(shù)比 u=Z2Z1=1.676 （4）齒寬系數(shù)?d=1 （5）查《機械設(shè)計》表10-6得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12 （6）斜齒圓柱齒輪區(qū)域系數(shù)的確定，區(qū)域系數(shù)為ZH=2.432 斜齒圓柱齒輪循環(huán)次數(shù)計算公式為： N=60n1jLh#（4-2） 假設(shè)風力發(fā)電機的工作壽命是10年，每年有300天在工作，每天至少工作20個小時，則： N1=6060011030020=2.16109 N2=N1ω=2.161091.676=1.29109 （7）查《機械設(shè)計》圖10-19可得： KHN1=0

66、.92 KHN2=0.94 （8）查《機械設(shè)計》圖10-21-d得： σHlim1=580MPa σHlim2=520MPa （9）計算斜齒圓柱齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力，失效概率取1%，安全系數(shù)SH=1 σH1=KHN1σHlim1SH=0.925801=533.6MPa σH2=KHN2σHlim2SH=0.945201=488.8MPa （10）斜齒圓柱齒輪的許用接觸應(yīng)力為： σH=σH1+σH22=511.2MPa （11）查《機械設(shè)計》圖10-26得： εα1=0.779 εα2=0.792 εα1+εα2=1.571 （12）根據(jù)前面的數(shù)據(jù)計算小斜齒圓柱齒輪的分度圓直徑 d1t≥32Kt