摘要：
风力发电的基本原理是风的动能通过风轮机转换成机械能，再带动发电机发电转换成电能。主导的风力发电机组一般为水平轴式风力发电机，它由叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，低速转动的风轮由增速齿轮箱增速后，将动力传递给发电机。上述这些部件都布置在机舱里，整个机舱由塔架支起。为了有效地利用风能，偏航装置根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对向风。 尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
一、叶片的设计
（一）叶片的设计基础
风机叶片，是风力发电机的核心部件之一，约占风机总成本的15%～20%，它设计的好坏将直接关系到风机的性能以及效益，其设计如下特征。
(1)密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验。
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(2)叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负载稳定性好，不得在失控（飞车）的情况下载离心力的作用下拉断并飞出，不得在风压的作用下折断，不得在飞车转速以下范围内产生引起整个风力发电机组的强烈共振。
(3)叶片的材料必须保证表面光滑以减小风阻，粗糙的表面亦会被风“撕裂”。
(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
根据叶片计算结果及经验最终确定制作3叶片风力发电机并决定用木板来加工叶片。购买了3块“长*宽*高”为60㎝*15㎝*2㎝的轻木板。（材料是通过查阅资料，店铺产品对比，最终选择了轻木板，其次通过计算叶片长度等选择了木板的规格）。
风功率与风力机吸收率之间关系在理想流体状态下，单位时间内、由能量转化与守恒。
悬浮床选择轻木板加工叶片：首先画出叶片翼型设计图。①在木板画出翼型，用据条将多余部分木料去掉；②用锉刀打磨轻木板至叶片雏形；③用砂纸将叶片打磨成型，去掉表面毛刺，直到表面光滑；④称量叶片重量；⑤同以上步骤加工剩余两个叶片；⑥称重，三叶片重量相等即可；
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二、轴类零件的介绍
风力发电机的轴类零件包括主轴、主轴承、轴承座及其它密封定位零件，主轴也称叶轮轴
【图3】。主轴的功能是以悬臂梁的形式支撑叶轮，将扭矩载荷传递给齿轮箱或发电机，而将其它载荷传递给底座和塔架。因传动系统结构的不同，风力发电机组主轴的结构形式多种多样，目前没有清晰严格的分类。
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分为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圈轴颈，即支撑轴颈，用于确定轴的位置并支撑轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7;另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度较低，常为IT6～IT9.
（2）几何形状精度
主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸
公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。
（3）相互位置精度
包括内、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
轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支撑轴颈常为0.2～1.6μm，传动件配合轴颈为0.4～3.2μm。
（5）其热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。采集重构
（二）轴类零件最小直径的估算
估算轴的最小直径：单级齿轮减速器的低速轴为转轴,输出端与联轴器相接,从结构要求考虑,输出端轴径应最小。最小直径为
d C
查表可得，45钢取C=118。P=30W,n=900r/min,则dmm=3.79mm，当轴截面上开有键槽时，会削弱轴的强度，所以计算得到的轴径应适当加大，考虑该截面上键槽的影响，直径增加3％，d=3.79*1.03=3.9,考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取d=5mm
表一 轴的数据
轴的材料 | 35 | 45 | 40Cr,35SiMn |
[Ƭ]/MPa | 20-30 | 30-40 | 40-52 美白美容液 |
C | 135-118 | 高速公路收费系统118-106 | 106-98 |
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确定各段轴的直径
将估算轴径d=5mm作为外伸端直径d1,与联轴器相配,如图草图所示,考虑联轴器用轴肩实现轴向定位,取第二段直径为d2=10mm。齿轮和左端轴承从左侧装入,考虑装拆方便及零件固定的要求,装轴承处轴径d3应大于d2,考虑滚动轴承直径系列,取d3=12mm。为便于齿轮装拆,与齿轮配合处轴径d4应大于d3,取d4=16mm，在第五段上加工齿轮轴，轴的直径应该为
齿顶圆直径d5=20mm。齿轮左端用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径d3满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定。右端轴承型号与左端轴承相同,取d6=12mm
确定各段轴的长度
考虑轴上零件的尺寸及其与减速器箱体尺寸的关系，L1=20mm, L2=15mm, L3=13mm ,L4=25mm,L5=12mm,L6=13mm。
（三）轴类零件设计的意义
在进行风能发电机的设计过程中，对于轴类零件的合理性设计直接影响装配的质量和发电机对于风能的转换效率，并且最终将会影响风机的使用寿命的风力发电机的年总发电量，所以风力发电机的轴类零件设计是对于风力使用年限十分重要的一个设计环节。在进行轴类零件设计的过程当中，首先是要考虑好风力发电机的轴类零件是否符合装配要求以及后期维护成本的设计标准。除此之外还要考虑当风力发电机投入使用时具体的使用情况。所有的轴类零件设计过程必须要严格的遵守总体的设计方案。其中所运用的技术要求以及结构设计都要和方案原先设定的相互吻合，最终才能实现设计目标。
（四）轴类零件设计过程中发现的问题
设计缺陷：我们只是按照理论知识进行轴类零件的设计工作，并未深入到装配现场进行实际考察，故导致设计的产品在装配是存在装配困难的现象，因此降低了装配速度。
生产缺陷：使用不合格的材料；不严格的质量控制；擅自修改生产工艺；生产工艺过于复杂，很难产生质量一致的产品。
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