（毕业设计全套）2KW家用垂直轴风力发电机组动力结构设计（打包下载）

最后表面抛光处理。

图轴毂的三维图图轴毂的二维图轴毂根据经验和所查资料设计出垂直轴小型风力发电机的轴毂部分，如图所示，为三维图，为二维图。

数据如图所示。

架子为了将轴毂和叶片连接起来，设计了其连接件架子，其材料为，加工方法是铸造后加工孔。

设计方案和数据如图所示，为二维图，为三维图。

图架子二维图图架子三维图支撑架为了支撑风力机，设计了支撑架，有效地分散了风力机的重量，承担了部分轴向力，支撑架的低端与地面接触，用地脚螺栓连接，起支撑作用。

其三维图如图所示。

图支撑架的三维图风力机设计中标准零部件的选型.风力机轴承的选型垂直轴小型风力发电机安装的是推力调心滚子轴承。

设计时，必须合理选择轴承的润滑方式和润滑路径。

加工支撑架上的油路时，往往要打若干工艺孔才行，最后用密封堵头封闭这些工艺孔，防止漏油。

对于双列轴承，箱体的油孔应对准双列轴承中间的入油孔，使油液能够准确流入轴承的内部。

有入油孔就必然对应有出油孔，入油孔开设在方便安装的地方。

润滑方式有油液循环润滑脂润滑油雾润滑喷射润滑等。

其中油脂润滑如高级锂基脂是目前最常用的方式。

油脂封入量通常为轴承空间容积的，如果填得太满会加剧轴承发热。

对于油液循环润滑，般用于中等转速的主轴上，多用于后支承上，设计时注意油路布局合理，既畅通方便，又不影响其它结构件的刚度。

设计时，选择合理的密封方式。

.风力机主轴上键的选型根据结构需求主轴与轴毂的之间通过键来传递扭矩，在这里采用的是楔键连接，其尺寸为。

.风力机轴毂上销的选型根据结构需求用销来固定轴毂与轴的相对位置，采用的是开尾锥销，其尺寸为。

垂直轴小型风力发电机风力机部分的三维图如图所示。

图垂直轴小型风力发电机风力机部分的三维图变向器由于本课题所设计的垂直轴小型风力发电机的风力机随风转动后，其扭矩是竖直传递的，所以需设计装置使其转化成水平传递的才能满足设计要求，根据结构需要设计了变向器。

结构如图所示。

图变向器的主视图以下是变向器的相关设计计算。

.锥齿轮的设计变向器的作用只是将垂直的输出量转化成水平输出，无需变速，所以其锥齿轮的齿数比为，在以下的计算中只列出其中个锥齿轮的数据，另个锥齿轮数据与其相同。

计算如下齿轮比大端分度圆直径齿数大端模数.分锥角外锥距.齿宽.齿宽系数.平均分度圆直径.中锥距平均模数切向变位系数径向变位系数ε.齿顶高齿根高.顶隙齿距角齿根角.顶锥角.根锥角.齿顶圆直径.安装距冠顶距.轮冠距大端分度圆齿厚端面当量齿数箱体箱体采用以垂直轴的圆锥齿轮的轴线为对称中心的对称机构，以便水平轴圆锥齿轮调头安装，改变输出轴的方向。

.轴承两个锥齿轮轴均安装型圆锥滚子轴承。

这是因为该系列圆锥滚子轴承接触角较大，承受轴向力的能力较强，并能对锥齿轮啮合加以精确引导。

滚子轴承通常也用以承受锥齿轮的径向力。

轴承的刚度计算轴承在零间隙时的变形和刚度，可以按下列公式计算。

线接触的滚子轴承式中径向与周向变形径向与周向刚度轴承的径向和轴向载荷接触角球径滚子有效长度列数和每列滚动体数单个滚动体的径向和轴向载荷轴承的刚度不是个定值，而是载荷的函数，载荷越大，刚度也越大。

由于球轴承载荷对刚度的影响比滚子轴承的影响大，所以，球轴承在计算时应该同时考虑预紧力。

计算时，当外载荷无法确定时，常取轴承额定动载荷的.倍作为轴承的载荷。

主动锥齿轮轴上的圆锥滚子轴承，系轴向游动轴承，因此，将其外圈以可移动方式配合于级精度的外壳孔内。

另个圆锥滚子轴承，般用端盖通过外圈进行调整，因此应将外圈间隙配合于级的外壳孔中。

安装在输出轴上的圆锥滚子轴承，为适应轴的热伸长，也应将外壳孔加工到级精度。

两根轴上所有轴承的内圈，均受循环载荷，故全部采用过盈配合的方式，安装在级精度的轴上。

当载荷很大时，可将轴的精度降为。

由于锥齿轮的线速度已超过，因此该变向器里的全部轴承均采用飞溅润滑。

即依靠锥齿轮的旋转，将油甩到箱体内壁上，然后经上箱壁和下箱座抛分面上的输出沟，以及轴承盖上的导油槽，将油引入轴承。

为保证良好的润滑，应控制箱体内油面的高度。

般情况下，应把大锥齿轮的整个齿宽，至少.倍齿宽浸入油中为了防止变向器周围环境中的灰尘水气酸气和其他杂质浸入轴承内，同时防止箱内润滑油外漏，在轴伸出端盖的部分，应设置密封装置。

在多数情况下，应使用橡胶密封圈。

.键的选择根据轴径大小所选键均为，与联轴器相连的两个键为，主动轴与锥齿轮连接的键为，从动轴与锥齿轮连接的键为。

以上为本课题所涉及到的设计计算。

第五章垂直轴风力发电机正常工作的条件.垂直轴风力发电机的调速垂直轴风力发电机调速的方式也很多，如改变叶片转动半径以改变叶片扫掠面达到调速的目的用改变叶片的迎风角来调速等等。

但结构都很复杂，制造成本也很高，且难以稳定在风轮额定转速范围内。

较好的办法是采用恒定扭矩输出器以保证发电机获得恒定扭矩达到发电机运行在额定转速范围内。

另种较好的办法是不调速，为了更好地利用风能，可安装二台或更多台发电机。

当风轮所获得的风能满足台发电机时接通台，当风速增大，能满足台发电机功率时接通台，所发交流电经交交逆变器达到并网的频率。

.垂直轴风力发电机的启动垂直轴小型风力发电机不能自行启动，需外部动力启动后方能自行运转。

大中型垂直轴风力发电机并网的并且调速稳定，可以采用异步发电机。

当启动时，电网向发电机供电，发电机成为电动机转动启动风轮转动，风轮转动后再切断电网供电。

不并网的单机使用的垂直轴风力发电机，应附加启动装置。

般在增速器与发电机之间安装离合器并安装启动装置，动力由直流或交流电机供给。

启动后将启功电机分离，再将增速器与发电机之间的离合器结合，实现发电机正常运转发电。

单机使用的垂直轴风力发电机应备有储存电能的蓄电池，将多余电能经整流交流发电机或直接直流发电机向蓄电池充电，用以启动和无风时向用电器供电。

.垂直轴风力发电机制动器的设计般微型和小型风力发电机不设制动器，中大型风力发电机大部分的制功器采用液压或电磁制动器，也有备用手制动器的。

为了使风力发电机结构简单重量轻，般将联轴器与制动器设计在起，并且置于增速器与发电机之间的高速轴部位，很少有布置在低速轴位置的，因为低速轴的制动力矩大。

我国制功器已有标准并且有商品可供应。

但我国制定制动器标准时没有考虑风力发电机，主要适合于通用机械起重机械等制动用，制动器通常既大又重。

风力发电机用制动器应具有重量轻制动力矩大经久耐用制动可靠等特点。

.小型风力发电系统中配置的蓄电池为什么用蓄电池由于风能的间歇性和不稳定性，如果用电器直接由风力发电机来供电，会出现供电时有时无忽高忽低现象，这种电能是无法使用的。

为建立个供电电压稳定能够全天候提供均衡供电的电源系统，就必须在风力发电机和用电器之间设置储能装置，把风力发电机发出的电储存起来，稳定地向用电器供电。

理想的电能储存装置应当具有大的储存密度和容量储存和供电具有良好的可逆性有高的转换效率和低的转换损耗运行要便于控制和维护使用安全，无污染有良好的经济性和较长的使用寿命。

现在，正在研究开发和应用的电能贮存方式有改进型铅蓄电池和新型蓄电池储能飞轮储能水位储能压缩空气储能超导线圈储能等形式。

从目前小型风力发电机的实际应用看，最方便经济和有效的储能方式是采用蓄电池储能。

蓄电池又称“电瓶”，它能够把电能转变为化学能储存起来，使用时再把化学能转变为电能，变换过程是可逆的，充电和放电过程可以重复循环反复使用，因此蓄电池又称为“二次电池”。

．现在使用的蓄电池现在使用的蓄电池，虽然从外形看有大有小，形状不，但从电解液的性质来区分，主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类酸性蓄电池也叫铅蓄电池，它是各种二次电池中使用最多的种。

由于铅的资源丰富，铅蓄电池的造价较低，因而应用非常广泛。

作为风力发电系统中的储能设备，无论是酸性蓄电池还是碱性蓄电池，只有用户了解它们的性能和使用操作方法，才能延长蓄电他的使用寿命。

早期的铅蓄电他的充放电循环次数只有次，使用寿命只有年。

随着工艺及结构不断改进，其性能不断提高，目前充放电次数已超过次，使用寿命可达年，不过蓄电池的实际使用寿命和能否正确使用维护有很大关系。

若能正确操作使用，按时维护．有的铅蓄电池可使用年以上。

.发电机系统中的防雷击设施风力发电机安装在室外，塔架加风轮和轮毂高度达十几米，遭受雷击屡见不鲜，特别是在雷电多发地区，电闪雷鸣，释放出巨大能量，雷击会造成风力发电机叶片损坏，井常常引起发电系统过电压，造成发电机击穿控制设备烧毁电气设备损坏等事故，甚至危及人员安全。

所以，雷击威胁着风力发电机的安全运行。

因此，我们在安装风力发电机时，定要注意做好防雷击措施。

小型风力发电机上如果不方便安装防雷击设施，可在其附近安装避雷设施，达到防雷击效果。

结束语根据导师布置的课题，本文对小型风力发电机部分零部件的设计进行了研究和探讨，针对垂直轴小型风力发电机的叶片轴毂支撑架变向器等重要部件的结构进行了研究。

其主要内容如下根据现有理论和条件要求设计出了合适的叶片，并利用软件建立叶片的三维模型，叶片是设计的重点也是难点，它直接影响所设计的小型风力发电机的工作效率。

根据设计需求，设计出了轴毂支撑架等零部件，并利用软件建立了三维模型。

根据设计需求，设计出了变向器装置，并合理地选择了轴承键等配套零部件。

待解决的问题由于个人时间和知识水平的限制，虽然通过努力完成了上述内容的研究，但对于垂直轴小型风力发电机尚有以下个问题需要进步研究叶片三维模型的气动特性模拟与仿真。

目前国内外对气动特性的模拟与仿真主要集中在二维叶素的研究上，针对三维模型特别是旋转的叶轮模型的气动特性模拟与仿真却留有很大空白，在技术和方法上的研究有很大的提升空间。

叶片气动实验研究。

主要利用风洞实验等空气动力学研究的常用方法对叶片在实际运行情况下的各项特性进行研究，如流场情况风轮的启动情况高风速下的失速特性噪音大小等，这些指标的好坏将能够全方位反映叶片的设计制造水平。

小型风力发电机的手动制动系统。

虽然小型风力发电机有单片机控制的制动系统，可以不设计手动刹车系统，但为了维修方便，最好设计出相应的手动刹车系统。

展望随着石油煤炭等化石能源的日益枯竭及越来越严重的环境污染问题，世纪必将是风能快速发展的世纪，风力发电技术也必将得到快速提高，因此对于小型风力发电机来说充满着机遇与挑战，性能优越的风力发电机将越来越广泛的应用到人们的日常生活中，因此对垂直轴小型风力发电机的研究有着非常重要的现实意义，对此作以下展望垂直轴小型风力发电机的研究将继续向着提高风能转换效率的方向发展，也将继续向着轻质高强的方向发展，碳纤维将越来越多的使用到小型发电机叶片的制造中来。

计算机技术，特别是有限元技术将会更多的用到风力发电机的设计与制造及分析中来，其中将会出现风力发电机叶片设计制造与分析的专门软件，风力发电机的设计将更加专门化和商业化。

参考文献王承熙，张源.风力发电.北京中国电力出版社周鹗，电机学第三版.北京中国电力出版社肖劲松，风力机组控制理论研究的现状与展望，风力发电机械设计手册齿轮传动，机械工业出版社，机械设计手册减速器和变速器，机械工业出版社，机械设计手册，机械工业出版社，叶伟昌，机械工程及自动化简明设计手册，机械工业出版社，李俊峰等，风力在中国.北京化学工业出版社张希良，风能开发利用.北京化学工业出版社，.勒古里雷斯，施鹏飞译.风力机的理论与设计.北京机械工业出版社，苏绍禹.风力发电机设计与运行维护.中国电力出版社，年月，北京.杨绣媛，梁贵书.风力发电的发展及其市场前景.电网技术刘文强，对我国风电发展战略及政策措施的思考.可再生能源，陈振千，欧洲各国风力发电发展情况及有关政策的考察和几点建议.能源技术，施鹏