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第Ⅱ代風(fēng)力空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
Design of two generation air compressor
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設(shè)計(jì)總說(shuō)明 I
1 設(shè)計(jì)背景及意義 I
2 作品的介紹： I
3 作品的亮點(diǎn)： II
4 對(duì)作品未來(lái)的展望 II
INTRODUCTION II
1 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)原理： 1
1.1 設(shè)計(jì)原理圖： 1
1.2 系統(tǒng)工作原理： 1
1.3 作品整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖： 2
2 葉片設(shè)計(jì)： 2
3 傳動(dòng)參數(shù)的擬定及相關(guān)參數(shù)的確定： 4
3.1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖： 4
3.2 傳動(dòng)比的確定： 4
3.3 各軸的轉(zhuǎn)速： 5
3.4 各軸的輸入功率： 5
3.5 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 5
3.6 傳動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)表： 6
4 設(shè)計(jì)兩對(duì)傳動(dòng)齒輪： 6
4.1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)，齒型 6
4.1.1 確定齒輪類(lèi)型． 6
4.1.2 材料選擇． 6
4.1.3 精度選擇： 6
4.1.4 參數(shù)選擇： 6
4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 7
4.2.1 設(shè)計(jì)公式 7
4.2.2 調(diào)整齒輪的分度圓直徑 8
4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 10
4.3.1 試算模數(shù) 10
4.3.2 調(diào)整模數(shù) 12
4.4 幾何尺寸計(jì)算 13
4.4.1 計(jì)算兩對(duì)齒輪分度圓直徑 13
4.4.2 計(jì)算分錐角 13
4.5 計(jì)算齒輪寬度 14
4.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制兩對(duì)齒輪的零件圖（從略） 14
4.7 主要涉及結(jié)論 14
5 軸的設(shè)計(jì) 14
5.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì) 14
5.1.1 初算軸徑 14
5.1.2 按扭矩估算最小軸徑 14
5.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
5.1.4 軸的疲勞強(qiáng)度校核 16
5.2 Ⅱ、Ⅲ軸的設(shè)計(jì) 16
6 聯(lián)軸器的選擇 16
7 滾動(dòng)軸承的選擇與計(jì)算 17
7.1 選型 17
7.2 基本參數(shù) 17
7.3 軸承的計(jì)算 18
7.3.1 求比值 18
7.3.2 計(jì)算軸承壽命 19
7.4 Ⅱ、Ⅲ軸上的軸承設(shè)計(jì) 20
8 Ⅰ軸安全剎車(chē)設(shè)計(jì) 20
9 鍵的選擇與校核 21
9.1 鍵的設(shè)計(jì) 21
9.1.1 選型 21
9.1.2 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算 22
9.2 設(shè)計(jì)結(jié)論 22
10 對(duì)風(fēng)裝置（及尾舵）和尾桿 22
11 技術(shù)參數(shù)匯總 23
12 軸Ⅰ的重心計(jì)算： 25
13 整個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的重心計(jì)算 25
14 底板的設(shè)計(jì) 26
15 豎直支架的設(shè)計(jì) 26
16 浮筒選擇 28
17 技術(shù)參數(shù)匯總 28
18 整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析 28
19 設(shè)計(jì)總結(jié) 29
鳴 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
設(shè)計(jì)總說(shuō)明
設(shè)計(jì)總說(shuō)明
1 設(shè)計(jì)背景及意義
風(fēng)機(jī)，已經(jīng)是許多國(guó)家新能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一項(xiàng)目。我國(guó)當(dāng)然也不例外，并且在我國(guó)風(fēng)機(jī)研究和發(fā)展還不成熟，再加上其他優(yōu)越的條件，使得風(fēng)機(jī)在我國(guó)還有很大的研究和發(fā)展價(jià)值。
天時(shí)：我國(guó)沿海海面多為季風(fēng)性氣候,風(fēng)力穩(wěn)定，每天海面上的風(fēng)力都在4級(jí)及以上，約為8m/s以上，風(fēng)力資源豐富。
地利：中國(guó)擁有綿長(zhǎng)的海岸線(xiàn)，大小島嶼多，海洋能資源儲(chǔ)備量巨大，環(huán)境條件好?？捎糜跐O業(yè)養(yǎng)殖，節(jié)約電能，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。
人和：目前我國(guó)現(xiàn)在正處于社會(huì)主義建設(shè)的新階段，人民對(duì)于建設(shè)偉大祖國(guó)的熱情高漲，國(guó)家對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)利用的支持力度也日益加大。在新世紀(jì)召開(kāi)的第一次全國(guó)科學(xué)技術(shù)大會(huì)上，總書(shū)記胡錦濤提出這樣一個(gè)擲地有聲的口號(hào)：堅(jiān)持走中國(guó)特色自主創(chuàng)新道路，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家而努力奮斗。在2012年上海召開(kāi)的國(guó)際風(fēng)能展覽會(huì)上，中國(guó)科技部正在力推10兆瓦（MW，1兆瓦=1000千瓦）級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組整機(jī)和零部件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，以期在“十二五”末實(shí)現(xiàn)海上超大型風(fēng)電機(jī)組的樣機(jī)運(yùn)行。近些年來(lái)，國(guó)家對(duì)綠色能源的研制和開(kāi)發(fā)已經(jīng)提到工作日程上來(lái)。這就說(shuō)明國(guó)家對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等綠色能源開(kāi)發(fā)的大力支持和高度重視。
對(duì)于國(guó)外的最新情況，歐洲目前是世界風(fēng)電發(fā)展的先行和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定者，丹麥、德國(guó)、西班牙的實(shí)力尤其強(qiáng)大。所以借助我國(guó)良好的外交環(huán)境，我們可以以他們?yōu)閹煟M(jìn)技術(shù)，加快步伐縮小與他們的差距，服務(wù)于本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)需求。
意義：我們的經(jīng)濟(jì)在不斷快速增長(zhǎng)，步伐不斷邁向海洋。與此同時(shí)，由于海上能源輸送不方便等問(wèn)題，制約海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的諸多因素也凸顯出來(lái)。我們的項(xiàng)目就是在這樣的背景下開(kāi)展的，嘗試致力于解決海上能源問(wèn)題。
總而言之，對(duì)于才剛剛起步的中國(guó)海上風(fēng)電，我們有廣闊的發(fā)展空間；對(duì)于清潔無(wú)污染的海上風(fēng)能資源，我們有光明的發(fā)展前景。
2 作品的介紹：
我的項(xiàng)目稱(chēng)作《多用途浮式風(fēng)機(jī)》，動(dòng)力源為風(fēng)能，傳動(dòng)裝置為葉輪，聯(lián)軸器、增速箱及氣泵，執(zhí)行件為儲(chǔ)氣罐（儲(chǔ)能裝置），目的是將海上豐富的風(fēng)能資源進(jìn)行有效收集并利用。面向?qū)ο鬄楹Ｉ橡B(yǎng)殖戶(hù)與鉆井平臺(tái)等相對(duì)孤立與大陸物料傳送不便的地方，可以為他們的日常作業(yè)提供必要的動(dòng)力。通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)海上自動(dòng)垂直對(duì)風(fēng)，同時(shí)對(duì)于抗擊風(fēng)浪也有很好的平穩(wěn)性。
3 作品的亮點(diǎn)：
（1）、先進(jìn)性：
通過(guò)獨(dú)特且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使風(fēng)機(jī)能夠適應(yīng)海上平臺(tái)不平穩(wěn)的的情況，一定海況范圍內(nèi)（5級(jí)海況以?xún)?nèi)）葉輪能在任何一個(gè)方向始終保持垂直對(duì)風(fēng)。
（2）、科學(xué)性：
a.相比較于海上其它能量：海流能、潮汐能、太陽(yáng)能等，風(fēng)能利用是一門(mén)研究比較成熟的技術(shù)，工程投資成本相對(duì)較少，回報(bào)率高；
b.整體結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈短，能源利用率高；
c.整個(gè)結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性及零件的強(qiáng)度剛度條件都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的力學(xué)校核，科學(xué)合理；
（3）、實(shí)用性：
a.采用可移動(dòng)平臺(tái)，使用靈活，可根據(jù)工作需求多臺(tái)聯(lián)機(jī)工作；
b.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且組裝、維修、操作方便；
c.零部件材料普通，投入成本低,一般海上養(yǎng)殖戶(hù)能夠承受；
（4）、可靠性：采用機(jī)械裝置，工作穩(wěn)固可靠；
（5）、技術(shù)性：利用PROE進(jìn)行三維仿真,真實(shí)逼真。
4 對(duì)作品未來(lái)的展望
由于時(shí)間和所學(xué)知識(shí)有限，我們的作品就做到現(xiàn)在這個(gè)程度。對(duì)于這個(gè)作品的未來(lái)，我們有以下幾個(gè)想法：
（1）、進(jìn)一步對(duì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，朝著更平穩(wěn)的方向發(fā)展，增強(qiáng)其抗擊風(fēng)浪的能力；
（2）、朝著大功率的方向發(fā)展；
（3）、通過(guò)用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的反饋進(jìn)行改進(jìn)，務(wù)求物近其用；
（4）、進(jìn)一步改善對(duì)風(fēng)裝置
關(guān)鍵詞：（關(guān)鍵詞3到5個(gè)，關(guān)鍵詞之間用“；”隔開(kāi)）
風(fēng)輪機(jī)；增速器；氣泵
IV
ABSTRACT
INTRODUCTION
My project called the multipurpose floating wind machine ", the power supply is the wind, driving device for impeller, coupling, a gear box and an air pump, executive a gas tank (energy storage device) to the sea of the rich wind energy resources to effectively collect and use. The object is the relative isolation and transportation inconvenience of the offshore marine breeding household and the drilling platform, and can provide the necessary power for their daily operations.. Through the structure of the design, we can achieve the offshore automatic vertical to the wind, at the same time for the fight against wind and waves also have a good stationary.
By unique and simple structural design of the fan can adapt non stationarity of offshore platform, within a certain range of sea conditions within 5 sea) impeller can in any direction always keep vertical to the wind.
Compared with other energy: ocean current energy, tidal energy, solar energy, and so on, wind energy utilization is a relatively mature technology, the investment of wind energy projects is relatively small, the return rate is high.Overall structure of the transmission chain is short, energy utilization is high. The stability of the whole structure and the strength of the parts of the rigidity of the rigidity of the conditions are strictly mechanical check, scientific and reasonable.
KEYWORDS:
Wind turbine；Speed-increasing gear; Air pump
設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)原理：
風(fēng)機(jī)是依靠輸入的風(fēng)能，推動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整臺(tái)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，最后把高壓氣體儲(chǔ)存起來(lái)或直接運(yùn)用。氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械是把旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)換為氣體壓力能和動(dòng)能。風(fēng)機(jī)主要由風(fēng)葉、增速器、氣泵、儲(chǔ)氣罐、浮筒、支撐架等部件組成。
1.1 設(shè)計(jì)原理圖：
1.2 系統(tǒng)工作原理：
葉輪在海風(fēng)的作用下，通過(guò)圓周轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生功率（設(shè)計(jì)值為1kw），經(jīng)過(guò)軸承、聯(lián)軸器及增速器，將轉(zhuǎn)速變化到氣泵的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速（選用值為1600r/min），然后氣泵將壓縮的空氣經(jīng)過(guò)空氣軟管儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐里，隨時(shí)等待取用。
1.3 作品整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖：
2 葉片設(shè)計(jì)：
設(shè)計(jì)一臺(tái)功率為1kw的三葉片風(fēng)輪機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)速為10.8m/s(即五級(jí)風(fēng)) ，空氣的密度為1.224kg/m2（氣溫為15℃，氣壓為1lata。）。
由參考文獻(xiàn)《風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》圖（4——7）查得：
λopt=4.6 ,Cp=0.36
其中，λ——速比，是葉尖速度與風(fēng)速之比;
Cp——風(fēng)能利用系數(shù)，最大值是59.3%。
由風(fēng)機(jī)的理論設(shè)計(jì)公式得：
功率：P=12ρπr2Vw3Cp
葉尖速比：λ=wrVw=2πrn60Vw=πrn30Vw
其中，——空氣密度，;
P——風(fēng)輪的吸收功率，w;
w——風(fēng)輪角速度，rad/s，;
r——風(fēng)輪半徑，m。
風(fēng)輪半徑： m
轉(zhuǎn)速:min
整個(gè)葉片漿的受風(fēng)面積:
由以上的計(jì)算可選定風(fēng)機(jī)的葉片半徑r為1.35 m ，材料為玻璃纖維其特點(diǎn)是質(zhì)量輕，耐腐蝕，易在海面使用。葉片圖（包括輪轂和導(dǎo)流罩）如下：
3 傳動(dòng)參數(shù)的擬定及相關(guān)參數(shù)的確定：
3.1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖：
同原理圖。
3.2 傳動(dòng)比的確定：
由前面的計(jì)算結(jié)果得：n =424r/min 增速箱的輸出轉(zhuǎn)速為n=1600r/min
故總傳動(dòng)比為：i總=1600/424=3.8 整合得i總=4。
對(duì)于增速箱的傳動(dòng)比：i增=1/i總=1/4=0.25。
3.3 各軸的轉(zhuǎn)速：
低速軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速：nⅠ=n=424r/min
中間軸Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速：nⅡ=nⅢ=nⅣ=nⅠ=424r/min
高速軸Ⅴ、Ⅵ的轉(zhuǎn)速：nⅤ=nⅥ==1690r/min
3.4 各軸的輸入功率：
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表（3——1），取聯(lián)軸器的效率η聯(lián)=0.99，球軸承的效率η軸承=0.99，錐齒輪的效率η錐=0.96，增速器的效率η增=0.92。則：
低速軸Ⅰ：
PⅠ=P=1000W
中間軸Ⅱ：
PⅡ=PⅠη軸承η錐=1000×0.99×0.96=950.40W
中間軸Ⅲ:
PⅢ=PⅡη軸承η聯(lián)=980.1×0.99×0.99=931.49W
中間軸Ⅳ:
PⅣ= PⅢη錐=931.49×0.96=894.23W
高速軸Ⅴ：
PⅤ= PⅣη增=894.23×0.92=822.69W
高速軸Ⅵ：
PⅥ= PⅤη聯(lián)=822.69×0.99=814.46W
3.5 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
低速軸Ⅰ：
TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ=9.55×106×1/424=2.252×104N·mm
中間軸Ⅱ：
TⅡ=9.55×106PⅡ/nⅡ=9.55×106×0.950/424=2.140×104N·mm
中間軸Ⅲ:
TⅢ=9.55×106PⅢ/nⅢ=9.55×106×0.931/424=2.097×104N·mm
中間軸Ⅳ:
TⅣ=9.55×106PⅣ/nⅣ=9.55×106×0.894/424=2.014×104N·mm
高速軸Ⅴ：
TⅤ=9.55×106PⅤ/nⅤ=9.55×106×0.867/1696=4.837×103N·mm
高速軸Ⅴ：
TⅥ=9.55×106PⅥ/nⅥ=9.55×106×0.859/1696=4.786×103N·mm
3.6 傳動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)表：
軸Ⅰ
軸Ⅱ
軸Ⅲ
軸Ⅳ
軸Ⅴ
軸Ⅴ
功率P/KW
1
0.950
0.931
0.894
0.867
0.859
轉(zhuǎn)矩T/(N·mm)
2.252
×104
2.140
×104
2.097
×104
2.014
×104
4.837
×103
4.786
×103
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
424
424
424
424
1696
1696
傳動(dòng)比
1
1
1
0.25
1
效率
0.950
0.980
0.960
0.960
0.990
4 設(shè)計(jì)兩對(duì)傳動(dòng)齒輪：
4.1 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù)，齒型
4.1.1 確定齒輪類(lèi)型．
因?yàn)轱L(fēng)機(jī)傳動(dòng)的力矩不大，速度較低，所以?xún)蓪?duì)齒輪均為直齒錐齒輪
4.1.2 材料選擇．
因?yàn)楹琒i量在15%~20%的鋼抗腐蝕性能最強(qiáng)，所以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1（注：在齒輪的設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)均來(lái)自《機(jī)械設(shè)計(jì)》，以下在齒輪的設(shè)計(jì)中省略。），齒輪材料為,35SiMn（調(diào)質(zhì)），硬度為250HBS。
4.1.3 精度選擇：
風(fēng)機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度
4.1.4 參數(shù)選擇：
初選齒輪齒數(shù)Z1＝24，壓力角
4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
4.2.1 設(shè)計(jì)公式
按式（10－29）試算，即
4.2.1.1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1) 試選KHt=1.3。
2) 由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。
3) 選取齒寬系數(shù)。
4) 由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MP1/2。
5) 由圖10－25d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6) 由式10－13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7) 由圖10－22查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)：
8) 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取失效概率為１％，安全系數(shù)為S=1，由式10－14得
4.2.1.2 試算
齒輪分度圓直徑、，由計(jì)算公式得
4.2.2 調(diào)整齒輪的分度圓直徑
4.2.2.1 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的準(zhǔn)備。
1) 圓周速度v。
=72.04×（1-0.5×0.3）=61.23mm
=70.35×（1-0.5×0.3）=59.80mm
2) 當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)。
mm=15.28mm
mm=14.92mm
4.2.2.2 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)。
由表10——2查得KA=1。由速度v1=1.36m/s,v2=1.33,7級(jí)精度，由圖10——8查得Kv1=1.07,Kv2=1.06。直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)。由表10——4用插值法得，。
所以，實(shí)際載荷系數(shù)
4.2.2.3 計(jì)算分度圓直徑及相應(yīng)的齒輪模數(shù)：
4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
4.3.1 試算模數(shù)
模數(shù)公式
即，
4.3.1.1 確定計(jì)算參數(shù)
1) 試選
2) 計(jì)算分錐角
3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4) 查取齒形系數(shù)
由表10－17查得
5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10－18查得
6) 由圖10－24c查得，齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
，
7) 由圖10－22查得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
8) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.7，由式（10－12）得
9) 計(jì)算齒輪的
4.3.1.2 計(jì)算模數(shù)
==1.489mm
=
4.3.2 調(diào)整模數(shù)
4.3.2.1 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
1) 圓周速度v
2) 齒寬b
4.3.2.2 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，就近選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
，取
，取
4.4 幾何尺寸計(jì)算
4.4.1 計(jì)算兩對(duì)齒輪分度圓直徑
4.4.2 計(jì)算分錐角
4.5 計(jì)算齒輪寬度
,
圓整后取 ,
4.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制兩對(duì)齒輪的零件圖（從略）
4.7 主要涉及結(jié)論
齒數(shù)，，模數(shù)，壓力角，變位系數(shù)，，分錐角，，齒寬，。兩對(duì)齒輪均采用(調(diào)質(zhì))。兩對(duì)齒輪均按照7級(jí)精度設(shè)計(jì)。
5 軸的設(shè)計(jì)
5.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)
5.1.1 初算軸徑
選材45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15——1（注：在軸的設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)均來(lái)自《機(jī)械設(shè)計(jì)》，以下在軸的設(shè)計(jì)中省略。），許用彎曲應(yīng)力=60MPa，查表15——3取Ao=110，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=40MPa。
5.1.2 按扭矩估算最小軸徑
由于軸多了一個(gè)鍵槽，軸徑將增大7%即：初選為:dmin=20mm
5.1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
已知FA=[8kg(葉片)+1.5kg（輪轂）]×9.8=93.10N
由平衡條件：∑MB=0 FA×lAB=FC×lBC
∑F=0 FB-FA-FC=0
得FC=FA×lAB/lBC=93.10×144/84=159.60N
得FB=FA+FC=93.10+159.60=252.70N
故最大彎矩：M=FA×lAB=93.10×144N·mm=13406.40N·mm
最大扭矩：
葉片受到的軸向力為Fa,，則作用葉輪的空氣質(zhì)量:
由動(dòng)能定理：, 已知v1=10.8m/s
得：
由沖量定理：,
得：
5.1.4 軸的疲勞強(qiáng)度校核
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：
代入數(shù)據(jù)：
軸的彎扭合成強(qiáng)度條件：
其中M=13406.40N·mm, T= 。
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取折合系數(shù)為α=0.3。
軸的抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 。
則，
故符合條件。
5.2 Ⅱ、Ⅲ軸的設(shè)計(jì)
同Ⅰ軸的設(shè)計(jì)過(guò)程基本相同，主要是在軸的另一端增加一個(gè)相同的鍵槽，故軸的強(qiáng)度也是夠用的，不再重復(fù)設(shè)計(jì)。
6 聯(lián)軸器的選擇
為了能緩沖減振且質(zhì)量輕，選用梅花形彈性聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1，考慮轉(zhuǎn)矩變化小，故取KA=1.5，則
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-2003或手冊(cè)，選用的聯(lián)軸器型號(hào)分別為
Ⅱ軸聯(lián)軸器型號(hào)：LM2-bGB/T 5272-2002，允許公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為100N·m
對(duì)于高速軸Ⅴ軸，其軸徑為15mm，所以其聯(lián)軸器型號(hào)：LM1-bGB/T 5272-2002，許公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩45N·m
相應(yīng)的參數(shù)為：
LM1：d1=20mm d2=22mm dZ=24mm L=35mm L0=86mm D=50mm m=0.66kg
LM2：d1=20mm d2=22mm dZ=24mm L=38mm L0=95mm D=60mm m=0.93kg
7 滾動(dòng)軸承的選擇與計(jì)算
外球面軸承優(yōu)先適用于要求設(shè)備及零部件簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。例如用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、運(yùn)輸系統(tǒng)或建筑機(jī)械上。它具有很好的調(diào)心性能，允許調(diào)心角度最大為±10°。對(duì)主機(jī)相關(guān)件的加工精度要求較低。軸承內(nèi)孔與軸之間可為間隙配合，且安裝、拆卸方便，特別適合有多支軸承、長(zhǎng)軸、剛度小易變形的軸。帶頂絲軸承適用于旋轉(zhuǎn)方向不變的場(chǎng)合。軸承具有可靠的密封裝置，可以有效防止污物侵入軸承，防止軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂外溢。軸承內(nèi)的潤(rùn)滑脂可保證軸承在一定期間內(nèi)正常工作，必要時(shí)還可通過(guò)油孔定期添加潤(rùn)滑油脂，使軸承保持良好潤(rùn)滑，達(dá)到長(zhǎng)期使用的效果。
7.1 選型
類(lèi)型代號(hào)：UCP207。軸承材質(zhì)為GCr15 (GB/T18254-2002)，軸承座為鑄鐵。其特點(diǎn)是大部分外球面軸承都是將外徑做成球面，與帶有球狀內(nèi)孔的軸承座安裝在一起，結(jié)構(gòu)形式多樣，通用性和互換性鉸好。同時(shí)，此類(lèi)軸承在設(shè)計(jì)上還具有一定調(diào)心性，易于安裝，具有雙重結(jié)構(gòu)的密封裝置，可以在惡劣的環(huán)境下工作。軸承座一般是采用鑄造成型。
7.2 基本參數(shù)
基本額定動(dòng)載荷為19.8KN 靜載荷為15.2KN。如下圖所示，
7.3 軸承的計(jì)算
7.3.1 求比值
此為帶頂絲外球面軸承，已知軸承徑向載荷Fr1=1890N，F(xiàn)r2=4030N。軸向載荷
Fa=100.91N。軸承轉(zhuǎn)速n=424r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13——5得判斷系數(shù)e=0.22 。
故，
查上表得 X=0.56，Y=2.0～1.8
7.3.2 計(jì)算軸承壽命
7.3.2.1 求相對(duì)軸向載荷e的值
相對(duì)軸向載荷,在《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13——5中介于0.025～0.040之間，對(duì)應(yīng)e值為0.22～0.24。
7.3.2.2 用線(xiàn)型插值法求Y。
故 X=0.56，Y=1.961
7.3.2.3 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13——6，得fp=1.0—1.2，取 fp=1.2。
當(dāng)量動(dòng)載荷 ：P=fp（XFr+YFa）
代入數(shù)據(jù)得：P1=1.2(0.561890+1.961100.91)=1507.42N
P2=1.2(0.564030+1.961100.91)=2945.50N
7.3.2.4 驗(yàn)算軸承UCP207的壽命
軸承的壽命公式：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（13-4）查得球軸承ζ=3。
則，
1)
若每天工作時(shí)間為20h 則工作壽命為12.37年
2)
若每天工作時(shí)間為20h 則工作壽命為8.60年
7.3.2.5 安裝
1．往軸上安裝軸承前，先拔下外套的固定銷(xiāo)，同時(shí)將軸頸表面打磨整潔，并在軸頸處涂油防銹兼潤(rùn)滑(允許軸承在軸上有稍微轉(zhuǎn)動(dòng))。
2．在軸承座與軸承配合面涂潤(rùn)滑油，把軸承裝入軸承座內(nèi)。然后將裝配好的軸承與軸承座一起套在軸上，推至所需位置處進(jìn)行安裝。
3．固定軸承座的螺栓先不要擰緊，讓軸承外套在軸承座內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。裝好同一根軸上的另一端帶座軸承，將軸轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈，讓軸承自動(dòng)找正位置，再將軸承座螺栓緊固好。
4．裝偏心套。先將偏心套套在軸承內(nèi)套的偏心臺(tái)階上，并用手順軸的旋轉(zhuǎn)方向擰緊，然后再將小鐵棍插入或頂住偏心套上的沉孔，用手錘順軸的旋轉(zhuǎn)方向敲擊小鐵棍，使偏心套安裝牢固，最后鎖緊偏心套上的內(nèi)六角螺釘。
7.4 Ⅱ、Ⅲ軸上的軸承設(shè)計(jì)
Ⅱ、Ⅲ軸與I相同，故可試選相同的軸承，由于Ⅱ、Ⅲ軸上的軸承主要受徑向力，軸向力可忽略，因此可直接取與I軸相同的軸承即可滿(mǎn)足要求。
8 Ⅰ軸安全剎車(chē)設(shè)計(jì)
根據(jù)選取的車(chē)車(chē)為安全彈簧剎車(chē)DTBE- 7，其壓力達(dá)到3.5個(gè)大氣壓時(shí)剎車(chē)開(kāi)始制動(dòng)。詳細(xì)參數(shù)如下：
9 鍵的選擇與校核
9.1 鍵的設(shè)計(jì)
9.1.1 選型
根據(jù)鍵連接處軸頸的大小，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-26得鍵的型號(hào)為：
①鍵C6×6×16 [單圓頭普通平鍵（C型），b=8、h=7、L=16]
②鍵C6×6×20 [單圓頭普通平鍵（C型），b=8、h=7、L=20]
③鍵C8×7×16 [單圓頭普通平鍵（C型），b=8、h=7、L=16]
④鍵C5×5×20 [單圓頭普通平鍵（C型），b=5、h=5、L=20]
9.1.2 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算
假定載荷在鍵的工作面上是均勻分布的，則普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2得[σp]=100--120MPa 取[σp]=110MPa
對(duì)①鍵
對(duì)②鍵
對(duì)③鍵
對(duì)④鍵
故所選的鍵合格。
9.2 設(shè)計(jì)結(jié)論
軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上軸與齒輪的連接采用①鍵，標(biāo)記為：;軸Ⅵ上軸與齒輪的連接采用③鍵，標(biāo)記為：;軸Ⅱ、Ⅲ上軸與聯(lián)軸器的連接采用②鍵，標(biāo)記為：；軸Ⅴ、Ⅵ上軸與聯(lián)軸器齒輪的連接采用④鍵，標(biāo)記為：。
10 對(duì)風(fēng)裝置（及尾舵）和尾桿
尾舵材料為玻璃鋼 質(zhì)量3.5kg
尾桿為無(wú)縫鋼管,長(zhǎng)度為1.52m,質(zhì)量為1.7kg。
11 技術(shù)參數(shù)匯總
名稱(chēng)
材料
尺寸（長(zhǎng)×寬×高）（mm）
數(shù)量
（件）
單件質(zhì)量
（kg）
總質(zhì)量
（kg）
軸Ⅰ
45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）
322×42×42
1
1.4
1.4
軸Ⅱ
45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）
285×42×42
1
1.2
1.2
軸Ⅲ
45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）
247×42×42
1
1.1
1.1
葉片
優(yōu)質(zhì)玻璃鋼
1350
3
8
8
輪轂
鑄鐵（表面氧化）
1
1.5
1.5
彈簧剎車(chē)
鑄鐵
90×150×170
1
3.0
3.0
齒輪Ⅰ
35SiMn(調(diào)質(zhì))
19×90×90
1
3.5
3.5
齒輪Ⅱ
35SiMn(調(diào)質(zhì))
19×88×88
1
3.3
3.3
聯(lián)軸器（低速軸）
HT200
95×60×60
1
0.93
0.93
聯(lián)軸器（高速軸）
HT200
86×50×50
1
0.66
0.66
增速箱
221×140×140
1
5.0
5.0
氣泵
1
4.0
4.0
滾動(dòng)軸承及軸承座Ⅰ
軸承鋼、鑄鐵
167×43×80
2
1.1
2.2
滾動(dòng)軸承及軸承座Ⅱ
軸承鋼、鑄鐵
172×172×43
4
1.6
1.6
鍵1
45鋼
8×7×16
1
0.0082
0.082
鍵2
45鋼
5×5×20
1
0.0042
0.0039
鍵3
45鋼
6×6×20
2
0.0071
0.0142
鍵4
45鋼
6×6×16
2
0.0059
0.0108
對(duì)風(fēng)裝置（尾舵）
玻璃鋼
750×500×500
1
3.5
3.5
尾桿
無(wú)縫鋼管
?25×2
1
1.7
1.7
齒輪箱
鑄鐵
142×142×160
2
2.6
5.2
總質(zhì)量： . m=1.4+1.2+1.1+8+1.5+3.0+3.5+3.3+0.93+0.66+5.0+4.0+2.2+1.6+3.5+1.7+5.2
=59.36kg
注：45鋼密度ρ=7.85g/cm3
灰鑄鐵密度ρ=7.0g/cm3
12 軸Ⅰ的重心計(jì)算：
質(zhì)量mz=ρπ/4×（202×50+302×95+352×48×2+422×36+302×26+202×19）×10-3
=7.8×π/4×（20000+85500+58800×2+63504+23400+7600）×10-3
=1945.68g≈ 1.95kg
體積V=249.06cm3
重心V/2=124.53cm3
由于124.53-20-85.5=19.03cm3
可求得重心離軸端2的距離為 L=19.03/58.8×48mm=15.53mm≈16mm
13 整個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的重心計(jì)算
其中FA為葉輪的質(zhì)量，F(xiàn)B為彈簧剎車(chē)的質(zhì)量，F(xiàn)C為軸承的質(zhì)量，F(xiàn)D為軸的質(zhì)量，F(xiàn)E為軸承的質(zhì)量，F(xiàn)F為齒輪質(zhì)量，F(xiàn)G為垂直機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，F(xiàn)H為齒輪的質(zhì)量，F(xiàn)I為增速箱的質(zhì)量，F(xiàn)J為聯(lián)軸器的質(zhì)量，F(xiàn)K為氣泵的質(zhì)量，F(xiàn)L為尾翼的質(zhì)量。
故
所以整個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)重心距離F左端為 1.18mm處。
14 底板的設(shè)計(jì)
材料為45號(hào)鋼，密度，質(zhì)量m1=2.6kg，m3=3.3kg (由proe軟件計(jì)算得),厚度h=4mm。結(jié)構(gòu)如下圖：
底板Ⅰ：
底板Ⅱ：
15 豎直支架的設(shè)計(jì)
豎直支架在風(fēng)電設(shè)計(jì)方面目前主要有桿支架和桁架，但考慮到桿狀的支架在本設(shè)計(jì)中較粗，相應(yīng)質(zhì)量加大，再考慮機(jī)器的安裝、維修等方便，所以采用桁架，用角鋼作為搭接桁架的材料。角鋼的總質(zhì)量為m=171kg,(由proe軟件計(jì)算得),簡(jiǎn)圖如下圖所示
據(jù)平衡條件有：
角鋼穩(wěn)定性分析
選用3號(hào)角鋼（角鋼長(zhǎng)度分為6類(lèi)，分別為3.00m4根、4.23m2根、0.25m40根、0.35m72根、0.24m16根）。密度
安全系數(shù)
故,此支架安全。
16 浮筒選擇
材料為高分子量高密度聚乙烯，尺寸為，質(zhì)量約為15kg,數(shù)量為4臺(tái)，總質(zhì)量約為60kg,每平方米的浮力可達(dá)350kg以上；
17 技術(shù)參數(shù)匯總
名稱(chēng)
材料
尺寸（長(zhǎng)×寬×高）（mm）
數(shù)量(件)
單件質(zhì)量(kg)
總質(zhì)量(kg)
支撐板Ⅰ
45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）
482×170×40
1
2.6
2.6
支撐板Ⅱ
45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)）
620×170×40
1
3.3
3.3
3號(hào)角鋼
六類(lèi)長(zhǎng)度：3.00m4根、4.23m2根、0.25m40根、0.35m72根、0.24m16根
136
171
支撐板Ⅲ
45號(hào)鋼
800×400×4
1
10
10
浮筒
聚乙烯
500×500×400
4
15.0
60.0
氣罐
30L
1
25.0
25.0
.總質(zhì)量m2=2.6+3.3+171+10+60.0+25.0=261.9kg
18 整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析
整個(gè)結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量
四個(gè)浮筒所能提供的最大浮力為400kg
在5級(jí)海況時(shí)，平臺(tái)參數(shù)如下：
平均波長(zhǎng)為；
周期為
波速為
波高為
理論最大傾角為：
根據(jù)近幾年南海氣象數(shù)據(jù)顯示，南海的海浪平均波高為1.2m。
由相關(guān)文獻(xiàn)查得漂浮平臺(tái)的最大傾斜角為9度。
實(shí)際平均傾角為：
所以，該平臺(tái)理論上是平穩(wěn)的。
19 設(shè)計(jì)總結(jié)
風(fēng)機(jī)零件報(bào)價(jià)及參數(shù)：
零件名稱(chēng)
數(shù)量
單價(jià)
總價(jià)
葉片、輪轂、導(dǎo)流罩
1
1000
1000
高速旋轉(zhuǎn)接頭
1
38.50
38.50
氣泵
1
200
200
聯(lián)軸器
2
180
360
彈簧剎車(chē)
1
500
500
氣管
1
13
13
增速箱
1
500
500
帶座球面軸承
2
23
46
尾舵
1
100
100
氣罐
1
250
250
浮筒
4
240
960
30*30號(hào)角鋼 171m
1
5
855
軸
3
250
750
底板（螺栓）
1
500
500
共計(jì) 6069.5（元）
注：
以上價(jià)格來(lái)源于 阿里巴巴、淘寶網(wǎng)。以上數(shù)據(jù)僅供參考，具體以最新市場(chǎng)報(bào)價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)。
－ 39 －
鳴 謝
鳴 謝
通過(guò)設(shè)計(jì)，使我有了很大的感觸和收獲。剛開(kāi)始在彭明忠工程師的介紹下使我第一次了解到“海上多能整合系統(tǒng)”，并對(duì)漂浮平臺(tái)有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，也感受到了它潛在的價(jià)值，才決定把它申請(qǐng)為設(shè)計(jì)，也是想通過(guò)它作為我大學(xué)四年知識(shí)和能力的一個(gè)鑒定。還記得剛開(kāi)始接到這個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，根本摸不著頭腦，可以說(shuō)一無(wú)所知，無(wú)從下手，在兩位指導(dǎo)老師的悉心幫助下，再加上寬博的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使我對(duì)這個(gè)項(xiàng)目有了越來(lái)越清晰的認(rèn)識(shí)，到現(xiàn)在對(duì)風(fēng)機(jī)的每個(gè)尺寸的都能熟悉掌握，可以說(shuō)這個(gè)過(guò)程我進(jìn)步了很多。在此我們非常感謝陸兵老師和彭明忠工程師的大力支持和幫助，我的設(shè)計(jì)工作才得以順利進(jìn)行和開(kāi)展。
在設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段心里激動(dòng)有一種說(shuō)不出的感覺(jué)，既是高興，又是不安，高興的是自己在大學(xué)前老師給我們這次機(jī)會(huì)去運(yùn)用自己學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)去設(shè)計(jì)完成一個(gè)真正能投入生產(chǎn)及對(duì)社會(huì)有用的產(chǎn)品，不安的是這不僅是一個(gè)項(xiàng)目，更是我的設(shè)計(jì)，怕做不好影響。當(dāng)自己決定做時(shí)，通過(guò)老師的指導(dǎo)和自己的努力，漸漸的我才熟悉了風(fēng)機(jī)原理。在設(shè)計(jì)方案的確定，自己也想了好多方案，從環(huán)境、成本等方面考慮了很多，最后通過(guò)數(shù)次與指導(dǎo)老師的討論和溝通，最終才將方案給確定下來(lái)。
接下來(lái)的這段時(shí)間里，我將整體設(shè)計(jì)劃分到具體的每個(gè)零件，運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)我們主要從這幾個(gè)方面入手：適用性、可靠性、安全性、合理性，然后再?gòu)模翰牧?、尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、性能等等，在通過(guò)自學(xué)的二維軟件autoCAD、三維軟件PPROE，將所需的零件表達(dá)出來(lái)。最終將它組裝好做成仿真動(dòng)畫(huà)。在設(shè)計(jì)每個(gè)零件的時(shí)候我們都有考慮到市場(chǎng)的制造和價(jià)格情況，盡量用最低的價(jià)格保證最實(shí)用的設(shè)計(jì)。在組裝的時(shí)候我們運(yùn)用所學(xué)的零件與零件的配合和相互之間的公差去嚴(yán)格要求。在尺寸的保證方面我們運(yùn)用autoCAD去確保每個(gè)機(jī)械零件尺寸的準(zhǔn)確度，在仿真方面我們采用當(dāng)前比較逼真的三維軟件PROE去仿真，制作動(dòng)畫(huà)。我們的每個(gè)零件大到風(fēng)葉小到墊片，在阿里巴巴上都有明確的報(bào)價(jià)，制造成本真實(shí)可靠。
在這為期兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)中，我的工作時(shí)間做了詳細(xì)的安排：早上八點(diǎn)半到十一點(diǎn)半、下午二點(diǎn)半到五點(diǎn)半、晚上七點(diǎn)半到九點(diǎn)半。為了我的目標(biāo)在不斷的奮斗和合作。終于將完整的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成功完成。這是我初次接觸比較系統(tǒng)完善的設(shè)計(jì)，難免在某些方面做得不太完善和設(shè)計(jì)的合理性有待改進(jìn)。希望評(píng)審老師和指導(dǎo)老師提出寶貴的意見(jiàn)，我們將會(huì)盡最大的努力給以完善。并希望能早日的投放市場(chǎng)，為我國(guó)的新能源開(kāi)發(fā)做出我們大學(xué)生該做的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1].唐偉峰、許誠(chéng)、孫錦,《海上漂浮平臺(tái)的漂浮規(guī)律》,海軍航空工程學(xué)院、 2012第27卷第1期
[2]鄭桂珍、徐德倫、劉學(xué)海，《海浪的特征波陡》，青島海洋大學(xué)、1999年第18卷第3期；
[3].王積偉 ，《液壓與氣壓傳動(dòng)》，機(jī)械工業(yè)出版社 ；
[4]于俊一 、鄒青，《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社 第2版；
[5].濮良貴、紀(jì)名剛 《機(jī)械設(shè)計(jì)》，高等教育出版社、第八版；
[6].呂廣庶、張遠(yuǎn)明《工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)》，高等教育出版社；
[7].哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室，《理論力學(xué)》高等教育出版社 第7版；
[8].劉鴻文，《材料力學(xué)》，高等教育出版社 第5版；
[9].李奇涵、李明哲，《沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)》科學(xué)出版社；
[10].劉萬(wàn)琨、張志英、李銀鳳、趙萍，《風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社；
[11].《風(fēng)力發(fā)電用感應(yīng)發(fā)電機(jī)》，中國(guó)電力出版社。
[12].成大先，《機(jī)型設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五版），化學(xué)工業(yè)出版社
[13].百度文庫(kù)：
http://baike.baidu.com/link?url=WQxOjMSK5rITYdkWKTrbHzSrN4YhEIQpdpdIQusBA1LXrXVi11r0O-CJ0CUzgFhH8Ohe7zoVvuauLUJutzfA2a
附 錄
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（宋體小四號(hào)，1.25倍行距）（要求：附錄的有無(wú)根據(jù)說(shuō)明書(shū)（設(shè)計(jì)）情況而定，內(nèi)容一般包括正文內(nèi)不便列出的冗長(zhǎng)公式推導(dǎo)、符號(hào)說(shuō)明（含縮寫(xiě)）、計(jì)算機(jī)程序等。附錄中有程序源代碼的因篇幅限制可酌情考慮內(nèi)容的字號(hào)。）