小型风力发电机动力结构设计

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4-3所示，a）为三维图，b）为二维图。数据如图所示。

4.2.3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Q235，加工方法是铸造后加工孔。

设计方案和数据如图4-4所示，a）为二维图，b）为三维图。

图4-4 a）架子二维图

图4-4 b）架子三维图

4.2.4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4-5所示。

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图4-5 支撑架的三维图

4.2.5风力机设计中标准零部件的选型

4.2.5.1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10％，如果填得太满会加剧轴承发热。对于油液循环润滑，一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。

4.2.5.2风力机主轴上键的选型

4.2.5.3风力机轴毂上销的选型

垂直轴小型风力发电机风力机部分的三维图如图4-6所示。

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16*200。 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28*16*180。

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图4-6垂直轴小型风力发电机风力机部分的三维图

4.2.6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，所以需设计一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一变向器。结构如图4-7所示。

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图4-7 变向器的主视图

以下是变向器的相关设计计算。

4.2.6.1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1，在以下的计算中只列出其中一个锥齿轮的数据，另一个锥齿轮数据与其相同。 计算如下：

齿轮比 u=1

大端分度圆直径 de1=200mm 齿数 Z1=Z2=30

大端模数 me1=de1/Z1=6.67 分锥角δ1=45°

外锥距 Re=de1/2sinδ1=141.4 齿宽 b1=φRRe=42.42 齿宽系数 φR=b/Re=0.3

平均分度圆直径 dm1=de1 (1-0.5φR)=170 中锥距 Rm=Re((1-0.5φR)=120.19 平均模数 Mm=me1 (1-0.5φR)=5.6695 切向变位系数 Xt=0

径向变位系数 Xε=0.46（1-cosδ2/ucosδ1）=0

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齿顶高 ha1=me（1+x1）=6-67 齿根高 hf1=me（1+c＊-x1）=8.004 顶隙 c= c＊m 齿距角 θa1=θf2=θf1 齿根角θf1=arctan(hf1/Re)=3.24° 顶锥角 δa1=δ1+δf2=48.24° 根锥角 δf1=δ1-θf1=41.76° 齿顶圆直径 da1=de1+2ha1cosδ1=209.43 安装距A1

冠顶距 Ak1=de2/2-ha1sinaδ1=95.285 轮冠距=H1=A1-Ak1

大端分度圆齿厚S1=me（π/2+2x1tanα+xt1） 端面当量齿数 Zv1=z1/cosδ1=42.43

4.2.6.2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。

4.2.6.3轴承

两个锥齿轮轴均安装32312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

0.077Qr0.9?r?(?m)0.8cos?la0.077Qa0.9?a?(?m)0.8sin?la0.8Kr?3.39Fr0.1la?iz?cos1.9?(N/?m)0.9

0.80.9Ka?14.43Fa0.1lazsin1.9?(N/?m)

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