基于线齿轮传动的半直驱式小型风力发电机

发布时间：2017-08-15 07:09

  本文关键词：基于线齿轮传动的半直驱式小型风力发电机

  更多相关文章： 半直驱式小型风力发电机 线齿轮 接触应力 模态分析 外特性

【摘要】：本文研究了一种半直驱式小型风力发电机及其传动机构,该风机的传动机构采用的是单阶线齿轮箱。线齿轮是一种基于空间共轭曲线啮合原理的新型齿轮,它适用于小空间传动,具有体积小、传动比大和无根切等特点,并且能实现o o0～180任意角度啮合传动。本文完成的主要内容有:1.基于线齿轮理论和风机理论,本文提出了带有单阶线齿轮箱传动的小型风力发电机的设计方法和思路。根据线齿轮的传动特点和风力发电机整体布局的要求,提出了三种主要的单阶线齿轮增速机构形式,经对比认证,选用正交轴(oθ=90)线齿轮装配体作为风力发电机的传动机构。然后,对单级增速线齿轮副进行了设计计算、建模和增材制造。同时,设计了线齿轮箱的整体结构,包括轴和轴承的设计计算等。2.对风机齿轮箱的线齿接触应力和接触疲劳寿命进行分析。因为线齿轮是点接触啮合传动,本文基于赫兹点接触理论以及ANSYS有限元软件对线齿接触应力进行计算,比较两种分析结果,数据相差不大,但有限元计算结果更接近工程实际。用P-S-N曲线图法对线齿的接触疲劳寿命进行预测,结果表明,本文设计的应用到小型风力发电机中的线齿轮满足工程疲劳寿命设计。3.利用ANSYS对线齿轮装配体的模态进行分析,本文分别分析了线齿轮在双齿啮合和三齿啮合这两种临界状态下的固有频率,并与线齿轮传动的啮合频率进行对比,结果表明,线齿轮传动的啮合频率明显小于线齿轮装配体的固有频率值,则不会产生共振现象。最后,分析了线齿轮的三种设计参数对线齿轮装配体固有频率的影响。4.基于Labview软件开发了一套小型风力发电机测试平台,并对半直驱式小型风力发电机外特性进行测试。实验结果表明,这种半直驱式小型风力发电机在小体积、低成本下仍具有良好的发电性能,例如,在额定风速10m/s的工况下,风轮半径为500mm的半直驱式小型风力发电机的发电功率为80W或更大。
【关键词】：半直驱式小型风力发电机 线齿轮 接触应力 模态分析 外特性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题的研究背景与意义11-12
• 1.3 风力发电机的国内外研究现状12-15
• 1.4 线齿轮研究现状15-19
• 1.5 本文主要研究内容19-21
• 第二章 一种半直驱式小型风力发电机的设计21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 线齿轮设计的基础理论21-26
• 2.2.1 空间共轭曲线啮合理论21-22
• 2.2.2 线齿轮几何参数设计公式22-24
• 2.2.3 线齿轮设计的几何参数约束条件24-26
• 2.3 风机理论26-27
• 2.4 半直驱式小型风力发电机的总体方案设计27-29
• 2.5 半直驱式小型风力发电机单阶线齿轮箱设计实例29-34
• 2.5.1 线齿轮副的设计30-33
• 2.5.2 轴的设计及轴承选择33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 风机齿轮箱的线齿接触应力及接触疲劳寿命分析35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 线齿接触应力理论分析35-44
• 3.2.1 线齿的赫兹点接触应力分析35-41
• 3.2.2 线齿接触应力的理论分析计算实例41-44
• 3.3 线齿接触应力的有限元分析44-47
• 3.3.1 线齿接触模型的建立以及网格密度划分44-45
• 3.3.2 线齿接触对的建立以及边界条件的加载45
• 3.3.3 线齿接触应力的有限元分析结果45-47
• 3.4 线齿接触疲劳寿命预测47-54
• 3.4.1 疲劳分析基础理轮48-52
• 3.4.2 线齿接触疲劳寿命的实例估算52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 基于ANSYS的小型风机线齿轮装配体模态分析55-66
• 4.1 引言55
• 4.2 模态分析基础理论及方法55-58
• 4.3 小型风机线齿轮装配体的有限元模态分析58-62
• 4.3.1 ANSYS Workbench模态分析过程58-59
• 4.3.2 线齿轮装配体有限元模型的建立59
• 4.3.3 施加约束条件并求解59-62
• 4.4 线齿轮设计参数对线齿轮装配体固有特性的影响62-65
• 4.4.1 线齿直径d的影响62-63
• 4.4.2 主动线齿接触线参数m和n的影响63-64
• 4.4.3 线齿接触线螺旋角 λ 的影响64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 半直驱式小型风力发电机外特性测试66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 半直驱式小型风力发电机外特性测试系统整体设计66-68
• 5.3 小型风力发电机外特性测试系统的硬件部分68-70
• 5.4 基于Labview的小型风力发电机测试系统软件实现70-74
• 5.5 半直驱式小型风力发电机外特性试验与数据分析74-79
• 5.6 本章小结79-81
• 总结与展望81-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果90-91
• 致谢91-92
• 答辩委员会对论文的评定意见92

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