SSB蓄电池小型风力发电机组的设计

2026-01-05 15:54:52

风电的基本原理在于，风的动能借由风轮机转化成机械能，接着带动发电机发电进而转换成电能。通常主导的风力发电机组是水平轴式风力发电机，其由叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等部件构成。风轮的功能是把风能转变为机械能，它由装在轮毂上的气动性能出色的叶片组成，低速转动的风轮经增速齿轮箱增速后，将动力传至发电机。上述那些部件都安置在机舱内，整个机舱由塔架支撑起来。为了能有效地将风能加以利用，偏航装置凭借风向传感器所测知的风向信号，经控制器操控偏航电机，促使与塔架上大齿轮相咬合的小齿轮进行转动，以此让机舱始终朝着风的方向。

别看风力发电机样式繁多，然而总结起来能分成两类：其一，是水平轴风力发电机，其风轮的旋转轴跟风向呈平行状态；其二，为垂直轴风力发电机，它的风轮旋转轴垂直于地面，又或者垂直于气流方向。

关键词：风力发电；轴类零件；主轴

一、叶片的设计

（一）叶片的设计基础

有这么一种部件，它是风力发电机里核心部件当中的一个，这个部件在风机总成本里所占比例大概是百分之十五到百分之二十，它自身设计咋样，会直接同风机的性能以及效益有联系，它的设计呈现出下面这些特征 。

它的密度很轻，具备着最佳的疲劳强度，还有着最佳的力学性能，能够经受暴风这类极端恶劣条件的考验，还经得起随机负载的检验。

其叶片的弹性正常，旋转时的惯性正常，其振动频率特性曲线也是正常的，传递给整个发电系统的负载稳定性良好，在出现失控（飞车）情况时，不会在离心力作用下拉断并飞出，在风压作用下不会折断，在飞车转速以下范围内不会产生引起整个风力发电机组强烈共振的情况 。

(3)叶片所用的材料，务必要确保表面是光滑的，以此来减小风的阻力，粗糙的表面，同样会被风给“撕裂”呀。

(4)不得产生强烈的电磁波干扰和光反射。

(5)不允许产生过大噪声。

(6)耐腐蚀、紫外线照射和雷击性能好。

(7)成本较低，维护费用低。

（二）材料的选择

先是依据叶片计算得出的结果以及经验，终于确定要制作三叶片的风力发电机，之后又决定采用木板去加工叶片，接着购买了三块“长*宽*高”是60㎝*15㎝*2㎝的轻木板 ，材料是经过查阅资料，对店铺产品作出对比，最终选定轻木板，随后是通过计算叶片长度等，选择了木板的规格 。

在理想流体状态下，风功率与风力机吸收率之间存在着一种关系，这种关系是基于单位时间内的某种特定情况，而由能量转化与守恒所决定的 。

选择轻的薄木板来加工叶片，一开始要先画出叶片翼型的设计图，在这片木板之上描绘出翼型，接着使用锯条把多余的那部分木料给去除掉，随后运用锉刀去打磨这块轻木板直至形成叶片的初步形状，再用砂纸把叶片打磨成最终的样子，将其表面的毛刺去除掉，一直打磨到表面变得光滑，之后称量这片叶片的重量，按照以上这些步骤去加工剩余的两个叶片，称一下重量，只有三个叶片的重量相等才行 。

二、轴类零件的介绍

风力发电机的轴类零件涵盖主轴、主轴承、轴承座以及其它密封定位零件，主轴又被称作叶轮轴【图3】？主轴的作用呈悬臂梁样式支撑叶轮，把扭矩载荷传送给齿轮箱或者发电机，进而将其它载荷传至底座与塔架？鉴于传动系统结构存在差异，风力发电机组主轴的结构形式丰富多样多样，当下尚无清晰严格的分类？

三、轴类零件的设计

（一）轴类零件的设计要求

根据轴类零件的功用的工作条件，应当满足如下要求：

（1）尺寸精度

轴类零件的主要表面常常被划分成两类 ，其中一类是和轴承的内圈相互配合的外圈轴颈 ，也就是支撑轴颈 ，它用于明确轴的位置还能支撑轴 。其尺寸精度有着较高要求 ，一般是IT5～IT7 。另一类是跟各类传动件进行配合的轴颈 ，即配合轴颈 ，它的精度比较低 ，常常是IT6～IT9 。

（2）几何形状精度

主要指向轴颈的表面，还有外圆锥面，以及锥孔等重要的表面，所涉及的圆度、圆柱度。其误差一般需要被限制在尺寸公差的范围以内，对于精密的轴而言，需要在零件图上另外规定其几何形状的精度。

（3）相互位置精度

涵盖内表面，外表面，重要轴面的同轴度，圆的径向跳动，重要端面对轴心线的垂直度，端面间的平行度等 。

（4）表面粗糙度

对于轴的加工表面而言，都会存在粗糙度方面的要求，通常是依据加工具备的可能性以及经济性来予以确定的。其中，支撑轴颈一般情况处在0.2至1.6μm这个范围之中，而传动件配合轴颈状况下则是0.4至3.2μm这样子的。

（5）其热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。

（二）轴类零件最小直径的估算

预算轴的起码直径：进行单级齿轮减速器工作的低速轴属于转轴，其输出端跟联轴器相连接，按照结构方面的要求来思考，输出端的轴径应当是最小的。最小的直径是。

d C

通过查阅表格能够得知，对于45钢而言，选取C等于118，P为30W，n是900r/min，那么d 。MM等于3.79毫米，轴截面上存在键槽之时，轴的强度会被削弱，故而计算得出的轴径要适当加大，鉴于该截面上键槽的影响，直径增加百分之三，D等于3.79乘以1.03等于3.9，考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，选取D等于5毫米 。

表一 轴的数据

轴的材料	35	45	40Cr,35SiMn
[Ƭ]/MPa	20-30	30-40	40-52
C	135-118	118-106	106-98

确定各段轴的直径

把估算轴径 d 等于 5 毫米当作外伸端直径 d1，使其与联轴器相匹配，就如同草图所呈现的那样，鉴于联轴器需借助轴肩达成轴向定位，于是选取第二段直径为 d2 等于 10 毫米。齿轮以及左端轴承从左侧装入，鉴于装拆便捷以及零件固定的需求，装轴承处轴径 d3 应当大于 d2，考虑到滚动轴承直径系列，选取 d3 等于 12 毫米。为了方便齿轮装拆，与齿轮配合处轴径 d4 应大于 d3，选取 d4 等于 16 毫米，在第五段上加工齿轮轴，轴的直径应为齿顶圆直径 d5 等于 20 毫米。套筒用于固定齿轮的左端，轴环用于定位齿轮的右端，轴环直径 d3 在满足齿轮定位的状况下，还得满足右侧轴承的安装要求，此要求依据选定的轴承型号来确定，右端轴承型号和左端轴承一样，选取 d6 等于 12 毫米。

确定各段轴的长度

对于轴上零件的尺寸，以及其同减速器箱体尺寸之间的关系予以考量，其中，L1的数值为20mm，L2的数值是15mm，L3的数值为13mm，L4的数值是25mm，L5的数值为12mm，L6的数值是13mm。

（三）轴类零件设计的意义

在开展风能发电机设计进程里，轴类零件的合理性设计，对装配质量有直接影响，还关乎发电机对风能的转换效率，最终会影响风机使用寿命以及风力发电机的年总发电量，故而风力发电机的轴类零件设计，是关乎风力使用年限极为重要的设计环节。在轴类零件设计过程中，首要之事是考量风力发电机的轴类零件是否契合装配要求以及后期维护成本的设计标准。除此以外，还得考虑风力发电机投入使用时的具体使用情形。凡轴类零件之设计过程，皆须严格依循总体设计方案，其所运用之技术要求，以及结构设计，均当与方案原设定者相互契合，方可达致设计目标 。

（四）轴类零件设计过程中发现的问题

当进行轴类零件设计工作之际，我们仅仅是依据理论知识来开展，而没有深入抵达装配现场去做实际考察，所以致使设计出的产品在装配之时出现了装配存在困难的这种现象，进而带来了装配速度降低的情况，。

存在生产缺陷，其一为使用了不符合标准的材料，其二是质量控制欠缺严格性，其三是擅自对生产工艺予以修改，其四是生产工艺太过繁杂，以至于极难产出质量保持一致的产品。

自然原因：自身磨损；润滑油的质量；疲劳寿命。

以下是制作风机时遇到的不足和优点：

不足 ：轴类零件的精度不高，表面粗糙度大，细节不够完善。

优点：无需进行选材选择、经济性好。

四、联轴器的选择

（一）联轴器的结构

联轴器，也被称作联轴节，是一种机械部件，它能把不同机构里的主动轴以及从动轴稳固地连接起来，使其一同进行旋转，还能传递运动跟扭矩，这一同旋转并传递运动和扭矩的机械部件，有时也用于把轴跟其他零件，像齿轮、带轮等连接起来，它常常是由两半合成的，两半分别通过键或者紧配合等进行联接，然后紧固在两轴端处，接着再经由某种方式把两半联接起来，它能够兼具补偿两轴之间因制造安装不精确，还有工作的时候发生的变形或者热膨胀等缘由而出现的偏移，这里的偏移包含轴向偏移、径向偏移、角偏移或者综合偏移，此外，它还能缓和冲击、吸振。