2023年第Ⅱ代风力空气压缩机设计.doc

Abstract 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 第Ⅱ代风力空气压缩机设计 1风机设计原理： 风机是依靠输入的风能，推动风叶转动，从而带动整台机器运转起来，最后把高压气体储存起来或直接运用。气体压缩和气体输送机械是把旋转的机械转换为气体压力能和动能。风机主要由风叶、增速器、气泵、储气罐、浮筒、支撑架等部件组成。 设计原理图： 图1.1 风机设计原理图 系统工作原理： 叶轮在海风的作用下，通过圆周转动产生功率（设计值为1kw），经过轴承、联轴器及增速器，将转速变化到气泵的满载转速（选用值为1600r/min），然后气泵将压缩的空气经过空气软管储存在储气罐里，随时等待取用。 作品整体结构设计图： 2 叶片设计： 设计一台功率为1kw的三叶片风轮机，设计风速为(即五级风) ，空气的密度为2（气温为15℃，气压为1lata。）。 由参考文献风能与风力发电技术图（4——7）查得： λopt=4.6 ,Cp 其中，λ——速比，是叶尖速度与风速之比; Cp——风能利用系数，最大值是59.3%。 由风机的理论设计公式得： 功率： 叶尖速比： 其中，——空气密度，kg/m3; P——风轮的吸收功率，w; w——风轮角速度，rad/s，w=; r——风轮半径，m。 风轮半径：r=== 转速:n= 整个叶片浆的受风面积: 由以上的计算可选定风机的叶片半径r为1.35 m ，材料为玻璃纤维其特点是质量轻，耐腐蚀，易在海面使用。叶片图（包括轮毂和导流罩）如下： 图2.1 叶片 1KW风机详细参数： 叶片重量(kg) 8 叶片材质 增强玻璃钢 叶片数量 3 额定风速 9 启动风速 3 工作风速 3.0~20 平安风速 40 3 传动装置的设计 3.1 传动参数的拟定及相关参数确实定 3.1.1 传动简图： 同原理图。 3.1.2 传动比确实定： 由前面的计算结果得：n =424r/min 增速箱的输出转速为n=1600r/min 故总传动比为：i总= 整合得i总=4。 对于增速箱的传动比：i增=1/i总。 3.1.3 各轴的转速： 低速轴Ⅰ的转速：nⅠ=n=424r/min 中间轴Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的转速：nⅡ=nⅢ=nⅣ=nⅠ=424r/min 高速轴Ⅴ、Ⅵ的转速：nⅤ=nⅥ= 3.1.4 各轴的输入功率： 根据机械设计课程设计表（3——1），取联轴器的效率η联，球轴承的效率η轴承，锥齿轮的效率η锥，增速器的效率η增。那么： 低速轴Ⅰ： PⅠ=P=1000W 中间轴Ⅱ： PⅡ=PⅠη轴承η锥 中间轴Ⅲ: PⅢ=PⅡη轴承η联= 中间轴Ⅳ: PⅣ= PⅢη锥 高速轴Ⅴ： PⅤ= PⅣη增 高速轴Ⅵ： PⅥ= PⅤη联 3.1.5 各轴的输入转矩： 低速轴Ⅰ： TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ=9.55×106×1/424=2.252×104N·mm 中间轴Ⅱ： TⅡ=9.55×106PⅡ/nⅡ=9.55×106×0.950/424=2.140×104N·mm 中间轴Ⅲ: TⅢ=9.55×106PⅢ/nⅢ=9.55×106×0.931/424=2.097×104N·mm 中间轴Ⅳ: TⅣ=9.55×106PⅣ/nⅣ=9.55×106×0.894/424=2.014×104N·mm 高速轴Ⅴ： TⅤ=9.55×106PⅤ/nⅤ=9.55×106×0.867/1696=4.837×103N·mm 高速轴Ⅵ： TⅥ=9.55×106PⅥ/nⅥ=9.55×106×0.859/1696=4.786×103N·mm 3.1.6 传动参数数据表： 表3-1-1 传动参数数据表 轴Ⅰ 轴Ⅱ 轴Ⅲ 轴Ⅳ 轴Ⅴ 轴Ⅵ 功率P/KW 1 转矩T/(N·mm) ×104 ×104 ×104 ×104 ×104 ×104 转速n/(r/min) 424 424 424 424 1696 1696 传动比 1 1 1 1 效率 3.2 设计两对传动齿轮： 3.2.1 选精度等级、材料及齿数，齿型 3.2.1.1 确定齿轮类型． 因为风机传动的力矩不大，速度较低，所以两对齿轮均为直齿锥齿轮。 3.2.1.2 材料选择． 因为含Si量在15%~20%的钢抗腐蚀性能最强，所以根据机械设计表10-1（注：在齿轮的设计中的数据均来自机械设计，以下在齿轮的设计中省略。），齿轮材料为,35SiMn（调质），硬度为250HBS。 3.2.1.3 精度选择： 风机为一般工作机器，速度不高，应选用7级精度。 3.2.1.4 参数选择： 初选齿轮齿数Z1＝24，压力角 3.2.2 按齿面接触强度设计 3.2.2.1 设计公式 按式（10－29）试算，即 确定公式内的各计算数值 1) 试选KHt=1.3。 2) 由图10-20查得区域系数ZH=2.5。 3) 选取齿宽系数。 4) 试选KHt=1.3。 5) 由图10-20查得区域系数ZH=2.5。 6) 选取齿宽系数。 7) 由表10-5查得材料的弹性影响系数ZE1/2。 8) 由图10－25d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 。 9) 由式10－13计算应力循环次数 　　　　 　　　 　 10) 由图10－22查得接触疲劳强度寿命系数： 11) 计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为１％，平安系数为S=1，由式10－14得 　 　　 　　 ① 试算 齿轮分度圆直径、，由计算公式得 3.2.2.2 调整齿轮的分度圆直径 ① 计算实际载荷系数前的准备。 12) 圆周速度v。 13) 当量齿轮的齿宽系数。 ② 计算实际载荷系数。 由表10——2查得KA=1。由速度v1=1.36m/s,v2=1.33,7级精度，由图10——8查得Kv1,Kv2。直齿锥齿轮精度较低，取齿间载荷分配系数。由表10——4用插值法得,。 所以，实际载荷系数 ③ 计算分度圆直径及相应的齿轮模数： 3.2.3 按齿根弯曲强度设计 3.2.3.1 试算模数 模数公式 即， 　 ① 确定计算参数 14) 试选 15) 计算分锥角 16) 计算当量齿数 17) 查取齿形系数 由表10－17查得 　 18) 查取应力校正系数 　　　由表10－18查得　 19) 由图10－24c查得，齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，　 20) 由图10－22查得弯曲疲劳强度寿命系数 　　　 21) 计算弯曲疲劳许用应力 　　　取弯曲疲劳平安系数，由式（10－12）得 　　　 22) 计算齿轮的 ② 计算模数 = = 3.2.3.2 调整模数 ① 计算实际载荷系数前的数据准备。 23) 圆周速度v 24) 齿宽b ② 计算实际载荷系数KF 由图10-8查得 由于直齿锥齿轮精度较低，所以取齿间载荷系数 由表10-4插值法得 由于是直齿锥齿轮，取， 所以，载荷系数为 所以，按实际载荷系数算得的模数为 比照计算结果，由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，就近选择标准模数，可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是有 ，取 ，取 3.2.4 几何尺寸计算 3.2.4.1