【《某垂直轴风机核心部件的选型和校核计算案例》2700字】

V某垂直轴风机核心部件的选型和校核计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u1131某垂直轴风机核心部件的选型和校核计算案例 1284161.1红灯笼叶片力学分析和强度校核 123891.2发电机选型 397341.3轴承选型 5243431.3.1轴承选择概要 5204571.3.2滚动轴承特性 533471.3.3确定轴承类型 5152671.4深沟球轴承校核 61.1红灯笼叶片力学分析和强度校核利用SolidWorks软件绘制单只红灯笼叶片的三维模型，然后选择零件导出工程图标记半径和高度尺寸，工程图如图1.1示：图1.1红灯笼叶片工程图红灯笼风力发电机的叶片在正常运转时，受到垂直于来流风速平面风载的作用，力的作用是相互的，因此叶片受到反作用力惯性产生离心力沿着半径背离轴心。设风载为P1，离心力为P2，查阅计算手册得到风载的计算公式=4\*GB2⑷如下： P1=式中：ρ——为空气密度，单位kg/mv——来流风速，单位m/s;g——重力加速度，单位m/SH——风翼叶片高度，单位m。空气密度取ρ=1.300，来流风速取v=12m/s，重力加速度取g=10N/kg。利用AutoCAD软件绘制红灯笼叶片的受力分析，叶片逆时针旋转的受力分析如图1.2所示，经公式=4\*GB2⑷计算得到风载P1=5.59N。图1.2叶片受力分析图查机械设计手册可知叶片离心力的计算公式如下： P2=m发电机的质量为4.5kg，单个叶片的质量为1kg，风力机的主体总重力为250N。单个叶片质量取m=1kg，风轮额定转速n=600r/min，红灯笼叶片半径r=0.45m。那么经计算得出单个叶片的离心力P2由于在本设计中学生缺乏对流体力学的学习，故不作流体力学的复杂分析研究。我们可以把红灯笼风力发电机的叶片简化分析，因为叶片只受到风载和离心力的作用，所以可以用简支梁的力学分析替代复杂流体力学的分析，研究叶片的最大弯曲程度是否满足工作要求，其中同一方向的合力（风载和离心力）可以看作均布载荷作用载简支梁上，应用AutoCAD软件绘制简支梁的受载图，如图1.3所示。图1.3绘制红灯笼叶片力学简图经过查阅计算手册，简支构件最大弯矩的计算公式如下： Mmax=简支梁的应力计算公式如下： σ=Mmax ω1= I=y2综上所得风载P1=5.59N，离心力P2=1775N，代入联合上述（6-9）公式中得到最大弯曲应力σ=3030N/m通过如图1.4红灯笼叶片挠度变形图可以看出，叶片折断需要的最大应力为2011N，合应力的作用远小于最大应力，故这足以证明红灯笼叶片的抗弯强度满足使用标准。图1.4叶片受力变形图1.2发电机选型红灯笼风力发电机的发电效率取决于发电机的选型是否合理，而发电机作为整个发电系统的心脏，在其中更是扮演着不可或缺的角色，一旦少了它发电就不可能完成，因此选择一款功率合适、性能稳定、发电效率高、强度大的发电机显得格外重要。通过网络对比发电机厂牌提供的数据，最终选择由江苏乃尔风电技术开发有限公司自主研制设计生产的发电机，该发电机属于三相交流永磁发电机，采用专利技术，特殊定子和转子设计，启动阻力矩小，并且散热性好，同时外壳采用压铸铝合金，耐酸防腐。另外该发电机采用双轴承传动，传动平稳可靠、体积小巧、便于搬运安装，很适合本次课题设计的红灯笼风力发电机的使用。永磁发电机的主要参数如下表2所示：表2发电机基本参数型号NE-300额定功率（W）300W额定电压（V）12V/24V额定转速（r/min）600r/净重（kg）4.5kg永磁发电机三相交流永磁发电机发电机高度（mm）70mm发电机直径（mm）150mm绝缘等级F防护等级IP55使用寿命（年）>20年表面处理喷塑永磁材料稀土钕铁蹦发电机外壳铝合金外壳通过浏览江苏乃尔风电企业网站，下载三相交流永磁发电机的示意图如图1.5示：图1.5三相交流永磁发电机依据该公司提供的发电机尺寸，利用CAD软件绘制三相交流永磁发电机工程图如图1.6所示：图1.6三相交流永磁发电机工程图1.3轴承选型1.3.1轴承选择概要市场对使用滚动轴承的各类机械装置和仪器的工作性能要求日趋严格，对轴承要求的条件和性能也日益多样化。为了从数量众多的结构、尺寸中，选择最合适的轴承，需要从各种角度对其进行深入研究。在轴承选型时，通常考虑轴系中轴承的配制是否满足300W三相交流永磁发电机的使用要求。此外，还要根据不同的应用场合针对精度、游隙、保持架构造、润滑油脂等提出专门的设计技术要求。然而轴承的选择没有一个固定的顺序和规律，优先考虑轴承使用所需要的条件和性能事项是否更具有实际意义。1.3.2滚动轴承特性滚动轴承具有一下特性：比较易于再高、低温工况使用。一般能够同时承受径向载荷和轴向载荷。为了提高刚度，即使在负游隙也能使用。1.3.3确定轴承类型轴承的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，且要保证其在回转时的准确性。我们可以简单理解成它是用来固定轴的，使其只能实现转动，而且还能控制它在轴向和径向之间的移动。如果风机的轴上没有轴承就无法正常工作，因为轴承可以向任意方向旋转，而在正常工作时要求风机的轴，只能做转动，因此需要选择尺寸、性能和结构合适的一款轴承。经过多次严格筛选最终选择了日本精工珠式会社（NSK）生产的滚动轴承，该滚动轴承属于单列深沟球轴承。单列滚动轴承适合安装于300W小型风力发电机上。根据NSK滚动轴承技术手册，单列深沟球轴承的如图1.7和图1.8所示：图1.7单列深沟球轴承结构设计图1.8单列深沟球轴承剖视图1.4深沟球轴承校核通过运动分析，风翼叶片受来流风速作用，带动风轮毂转动，风轮毂通过轴和深沟球轴承与发电机直接相连，风轮毂转动时，轴上深沟球轴承只受到径向力作用，由于采用双深沟球轴承来减低运行振动和提高抗风能力，故将其当一个轴承进行受力分析，则取深沟球轴承上的径向载荷大小为：F由上述300W三相交流永磁发电机可知，轴承转速n=600r/min,轴颈直径d=15mm。由于运转时受到冲击载荷，按照《机械设计手册》表13-6，取载荷系数fp初步计算当量动载荷：P=设轴承预期计算寿命：L通过公式可以计算得到单只轴承的基本额定动载荷：C=式中：C——基本额定动载荷，单位N；ftn——滚动轴承的转速，单位r/min；P——滚动轴承的当量动载荷，单位N；Lℎ'——轴承预期寿命，单位对于球轴承ε=3，对于滚子轴承ε=103，取温度系数计算得出C=504N。查表得出，16002滚动轴承的基本额定动载荷：C此轴承的基本额定静载荷：C验算16002轴承寿命：L经计算得出L所以选择16002轴承可满足设计要求。图1.9深沟球轴承尺寸图表3深沟球轴承型号基本尺寸/mm安装尺寸/mm其他尺寸/mm基本额定载荷/kN重量/kg轴承代号dDBdminDmaxrmaxd⋈D⋈rminCCW⋈6000型1524517220.317.621.40.32.101.300.0056180228717.4260.318.324.70.34.302.400.0126190232817.429.60.320.226.80.35.602.800.0231600232917