垂直轴风力发电装置三维设计与仿真

毕业设计学生姓名：XXX学号：XXXXXXXX学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化题目：垂直轴风力发电装置三维设计与仿真指导教师：XXX（教授）XX（讲师）评阅教师：XXX（副教授）20XX年X月河北科技大学毕业设计成绩评定表姓名XXX学号XXXXXXXXX成绩专业机械设计制造及其自动化题目垂直轴风力发电装置三维设计与仿真指导教师评语及成绩指导教师：年月日评阅教师评语及成绩评阅教师：年月日答辩小组评语及成绩答辩小组组长：年月日答辩委员会意见学院答辩委员会主任：年月日注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕业设计中文摘要垂直轴风力发电机是一种利用风能进行发电的设备，相对于水平轴风力发电机而言，它具有无需对风向、无噪音、安全、可靠、外形美观和维护简单等优点，并且更适用于小型的风力发电，因此在城市中心区域的公共照明、居民家庭等领域的应用日趋广泛。本文参照前人的研究成果，对垂直轴风力发电装置的细节进行改进，设计出具有自启动措施、可进行叶片自动收缩保护的一款风力发电装置，并完成了整体结构尺寸的设计，为日后垂直轴风力发电装置的普及做出铺垫。本课题利用高级微机CAD软件系统Pro/Engineer为平台实现垂直轴风力发电机的三维设计，使得原来在二维图样上难以表达和设计的问题变得非常直观和易于修改，大大简化机构的设计开发过程，缩短其开发周期，减少开发费用，同时提高设计质量。同时完成了其虚拟的装配模拟，运动模拟，受力分析等工作，为三维CAD技术在风力发电设备中的应用起到了良好作用。关键词垂直轴风力发电装置三维设计仿真毕业设计外文摘要TitleThree-dimensionaldesignandSimulationofverticalaxiswindturbineAbstractTheverticalaxiswindturbineisadeviceforgeneratingelectricitybywind,relativetothehorizontalaxiswindturbine,ithasnoneedtobepointedintothewind,nonoise,safe,reliable,beautifulappearanceandeasymaintenanceetc,andmoresuitableforsmallwindpower,sotheapplicationoftheverticalaxiswindturbineinthecitycenterareaofpubliclighting,householdandotherfieldsismoreandmorewidelyInthispaper,withreferencetopreviousresearchresults,thedetailsofverticalaxiswindpowergenerationdevicewasimproved.Idesignedawindpowerplantwithself-startingmeasures,whichcanalsobeautomaticallyshrinktoprotecttheblade,andcompletedtheoverallstructuresizedesign,forthefuturepopularityofverticalaxiswindturbinetomakebedding.ThistopicusingadvancedcomputerCADsoftwarePro/Engineermillingmachinefortheplatformassemblyandmotionsimulationofthree-dimensional,makingtheoriginaldifficulttoexpressinthetwo-dimensionaldrawingsanddesignsonthekinematicsbecomesveryintuitiveandeasytomodify.Greatlysimplifiestheprocessoforganizationdesignanddevelopment,shortenthedevelopmentcycleandreducedevelopmentcosts,whileimprovingdesignquality.Meanwhilecompleteditsvirtualassemblysimulation,motionsimulation,stressanalysis,etc.,whichhasplayedagoodroleonimprovingthethree-dimensionalCADtechnologyintheapplicationofwindpowergenerationequipment.KeyWordsverticalaxiswindturbinethree-dimensionaldesignsimulation本科毕业设计第I页共Ⅱ页目录1序论...................................................................11.1垂直轴风力发电装置设计制造国内发展概况...............................11.2垂直轴风力发电机三维设计的目的意义...................................21.3垂直轴风力发电装置设计原始参数.......................................31.4垂直轴风力发电装置设计目标与要求.....................................32垂直轴风力发电装置设计方案的确定.......................................32.1总体方案设计.........................................................32.2结构设计方案的确定...................................................42.3开发软件方案的确定...................................................53垂直轴风力发电装置主要零件结构尺寸的确定...............................63.1升力型风叶叶型及相关尺寸的确定.......................................63.2阻力型风叶叶型及相关尺寸的确定......................................173.3主轴结构尺寸的确定..................................................213.4垂直轴风力发电装置塔架结构的确定....................................224发电机及刹车装置型号的确定及其相关计算................................244.1发电机型号的选择....................................................244.2刹车装置型号的确定及其受力计算......................................255垂直轴风力发电装置三维设计............................................265.1PRO/ENGINEER系统三维设计方法.......................................265.2升力型风叶三维设计效果..............................................285.3阻力型风叶三维设计效果..............................................285.4收缩装置三维设计效果................................................295.5垂直轴风力发电装置塔架三维设计效果..................................305.6垂直轴风力发电装置所有三维零件造型列表..............................30本科毕业设计第II页共Ⅱ页6垂直轴风力发电装置的三维装配与爆炸方法与实例..........................316.1三维装配方法........................................................316.2三维静态装配效果....................................................326.3三维动态爆炸及装配方法..............................................326.4动态爆炸及装配效果..................................................337垂直轴风力发电装置三维运动学、动力学仿真与分析........................337.1PRO/E运动学仿真与分析方法..........................................337.2PRO/E动力学仿真与分析方法..........................................34结束语.................................................................35致谢...................................................................36参考文献..............................................................37附录...................................................................38本科毕业设计第1页共38页1序论1.1垂直轴风力发电装置设计制造国内发展概况垂直轴风力发电机是一种利用风能进行发电的装置，相对于水平轴风力机而言，它具有无需对风向、无噪音、安全、可靠、外形美观和维护简单等优点，并且更适用于小型的风力发电，目前已经开始应用于城市中心区域的公共照明、居民家庭、大型户外广告、电信基站、油田、风电大楼、高速公路全程监控系统、游船、乡村电站等领域。但是由于垂直轴风力发电技术良莠不齐，大部分垂直轴风力机相对于水平轴风力机还有一定差距，因此，小型垂直轴风力发电机还远远没有普及，具有巨大的发展潜力。我国是发展中国家,对风能的开发利用十分重视。近年来，我国风电产业发展势头强劲。2009年中国是全球累计风电装机容量仅次于美国的国家，累计风电装机2580.5万kW；2010年，全球每新安装3台机组，就有1台在中国，当年新增风电装机容量1892.8万kW，累计风电装机容量为4473.3万kW，超越美国成为全球新增和累计风电装机容量最多的国家[1]。到2020年，中国的风电累计装机可达2.3亿kW，相当于13个三峡水电站的规模，年总发电量约4649亿kW·h，届时风电将成为中国主要能源来源之一，在节约资源、改善生态环境，促进社会、经济和谐可持续发展中将做出巨大贡献。但是我国风电装备专利整体质量不高。我国整体专利申请数量很多，然而开发利用率却很低。一方面由于整体技术含量不高，研发水平远远落后于国外风电行业；另一方面开发利用意识不强，和国外企业技术创新模式存在一定差距[2]。目前，我国以推广大功率水平轴风力发电机为主，我国风电机组主要制造商有