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研究生:陳雅燕
研究生(外文):Ya Yan Chen
論文名稱:磁浮傳動軸機構設計與分析
論文名稱(外文):Magnetism floats the drive shaft organization design and the analysis
指導教授:胡穗樂胡穗樂引用關係
指導教授(外文):Suey Yueh Hu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄海洋科技大學
系所名稱:輪機工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:風力發電機方形栓槽聯軸器COSMOS
外文關鍵詞:Wind-driven generatorSquare shape croze junction boxCOSMSquare shape crozeCOSMOS
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本篇論文主要介紹方形栓槽與主軸設計,此設計運用於小型風力發電機,軸徑為50mm長500mm。由於之前開發磁浮減重盤來克服壓載限制,搭配方形栓槽傳動軸之運作,使磁浮減重盤運作達到最佳化。此設計為降低零件磨耗及載重限制,為配合磁浮减重盤因而設計方栓槽傳動軸之結構設計。本研究設計針對方形栓槽設計與分析。其主要內容為靜態應力分析、疲勞分析等。

This paper studied design and analysis of square shape croze and axle, this design utilizes in the Marine Style Vertical Axle Wind Turbine, the axle is 50mm diameter 500mm long. The magnetism leave reduces weight equipment develops with square shape croze drive shaft operation that transport does achieves the optimization. Therefore, It is reduce the components abrasion and the loading limitation of the magnetism leave reduces weight equipment with square shape croze drive shaft to design of structural designand analysis. Its primary coverage for static state stress analysis.
摘要 .................................................... I
Abstract ................................................. II
致謝 .................................................... III
目錄 ..................................................... IV
表目錄 ................................................... VI
圖目錄 .................................................. VII
第一章 前言............................................... 1
1.1研究動機 ........................................... 6
1.2研究目的 ........................................... 6
1.3研究設計 ........................................... 7
1.4名詞解釋 ........................................... 9
第二章 文獻的探討 ....................................... 14
2.1方形栓槽連接的類型與特點 ......................... 14
2.2方形栓槽連接的參數選擇 ........................... 15
2.3永磁懸浮風力發電機國內外技術發展及專利簡介 ....... 17
第三章 磁浮傳動軸方形栓槽之設計流程 ..................... 20
3.1草圖繪製與選定標準品.............................. 20
3.2理論與公式 ........................................ 30
3.3磁浮傳動軸方栓槽結構設計與運作原理 ............... 31
3.4方形栓槽軸系結構裝配功能介紹與固定方法 ........... 35
3.5常用的固定方法及其特點說明: ...................... 36
3.6方形栓槽齒面接蝕疲勞強度計算 ..................... 37
3.7方栓槽受力分析 .................................... 38
第四章 有限元素分析法介紹 ............................... 41
4.1有限元素分析方法.................................. 41
4.2有限元素分析流程.................................. 47
4.2.1分析步驟 .................................... 47
4.3中心軸應力分析方法................................ 57
4.4分析結果 .......................................... 62
第五章 結論.............................................. 81
[參考文獻]............................................... 82

附錄1:圖表彙整 ......................................... 83
附錄2軸聯結器標準機規格表 .............................. 94
附錄3軸聯結器漸開線參考表 .............................. 95
附錄4軸聯結器標稱直徑.模數.齒數規格表 .................. 96
附錄5 軸聯結器輪齒基本形狀 .............................. 97
附錄6滾動軸承用螺帽(用墊圈之螺帽)標準規格表 ............ 98
附錄7滾動軸承螺帽用墊圈標準規格表 ...................... 99

表目錄
表2-1 軸的常用材料、熱處理方法及主要力學性能 ............ 16
表3-1 方形栓槽加工參考尺寸 .............................. 32
表3-2 材料的彈性系數E Z (單位: MPa ) .................. 38
表3-3 方形栓槽連接的擠壓應力 (單位:MPa) ............. 39
應力分析 中心軸 ........................................ 62

圖目錄
圖1-1設計流程圖 ......................................... 8
圖2-1內方形栓槽與外方形栓槽 ............................ 14
圖2-2方形栓槽連接 ...................................... 15
圖2-3漸開線槽鍵連接 .................................... 15
圖3-1上視圖水藍色為上磁浮盤橘色為中心主軸 .............. 20
圖3-2正視圖(上下磁浮盤與中心軸配合) .................... 21
圖3-3上視圖為方形栓槽齒鍵配合 .......................... 21
圖3-4中心軸與方栓槽正視圖 .............................. 22
圖3-5套筒和機架固定位置 ................................ 22
圖3-6俯視圖(發電機固定孔) .............................. 23
圖3-7上磁浮盤設計圖 .................................... 23
圖3-8下磁浮盤設計圖 .................................... 24
圖3-9葉片固定座設計圖 .................................. 24
圖3-10葉片支撐架設計圖 ................................. 25
圖3-11方栓槽設計圖 ..................................... 25
圖3-12中心軸設計圖 ..................................... 26
圖3-13連軸器設計圖 ..................................... 26
圖3-14機架設計圖 ....................................... 27
圖3-15擋盤設計圖 ....................................... 27
圖3-16防塵蓋設計圖 ..................................... 28
圖3-17軸心支撐座設計圖 ................................. 28
圖3-18墊片設計圖 ....................................... 29
圖3-19磁塊設計圖 ....................................... 29
圖3-20 滾齒刀規格 ....................................... 32
圖3-21上磁盤轉動磁力相斥原理,由軸心齒槽與方栓槽(軸殼)作上下滑動 ................................................... 33
圖3-22垂直軸風力發電機完整架構圖 ....................... 34
圖3-23風力發電機方形栓槽軸系結構裝配簡圖 ............... 35
圖3-24圓螺帽與止動墊圈 ................................. 36
圖3-25軸心支撐座(套筒) ................................. 36
圖3-26擋盤.............................................. 37
圖3-27方栓槽受力分析 ................................... 39
圖4-1分析流程圖 ........................................ 41
圖4-2方形栓槽2D ........................................ 42
圖4-3方形栓槽擠出成型 .................................. 43
圖4-4方形栓槽模型 ...................................... 44
圖4-5方形栓槽(彩線) .................................... 45
圖4-6中心軸3D .......................................... 45
圖4-7中心軸3D模型 ..................................... 46
圖4-8中心軸(彩線) ...................................... 46
圖4-9中心軸有限元素分析進行條件設定 .................... 48
圖4-10材料設置對話框 ................................... 49
圖4-11網格設置對話框 ................................... 50
圖4-12離散模型(網格化) ................................. 50
圖4-13拘束設置對話框 ................................... 51
圖4-14負載設置對話框 ................................... 52
圖4-15選擇拘束固定與壓力面 ............................. 52
圖4-16執行窗口.......................................... 53
圖4-17位移列表.......................................... 54
圖4-18反作用力列表 ..................................... 54
圖4-19應力繪圖.......................................... 55
圖4-20設計檢查.......................................... 55
圖4-21安全係數繪圖 ..................................... 56
圖4-22動畫對話框 ....................................... 56
圖4-23報各設置.......................................... 57
圖4-24產生報告結果 ..................................... 57
圖4-25添加約束.......................................... 60
圖4-26施加扭矩.......................................... 60
圖4-27施加離心力 ....................................... 61
圖4-28靜態節點應力繪圖1 ................................ 66
圖4-29靜態節點應力繪圖2 ................................ 66
圖4-30靜態應變繪圖1 .................................... 67
圖4-31靜態位移繪圖1 .................................... 68
圖4-32變形形狀繪圖1 .................................... 69
圖4-33設計檢查繪圖1 .................................... 70
圖4-34設計檢查繪圖2 .................................... 70
圖4-35設計檢查繪圖3 .................................... 71
圖4-36靜態 節點應力繪圖1 ............................... 76
圖4-37靜態應變繪圖1 .................................... 77
圖4-38靜態位移繪圖1 .................................... 78
圖4-39變形形狀繪圖1 .................................... 79
圖4-40設計檢查繪圖1 .................................... 79
[參考文獻]
1. 劉瑩、吳宗澤,機械設計教程,機械工業出版社,北京,中國,2007年9月。
2. 李威、穆璽清,機械設計基礎,機械工業出版社,北京,中國,2007年11月。
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4. 垂直式風力發電機之可位移式扇葉構造R.O.C Patent Number M379655。
5. 垂直式風力發電機之磁浮減重構造新型第M311771號。
6. http://211.157.104.67/sipoasp/zlis/hyjs-yx-new.asp?recid=CN99243654.0&leixin=0&title=磁懸浮永磁風力發電機&ipc=H02K49/00
7. http://211.157.104.67/sipoasp/zlis/hyjs-yx-new.asp?recid=CN03233662.4&leixin=0&title=微風風力發電機&ipc=H02K7/18
8. http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=US6700216&F=0
9. http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=WO0144656&F=0
10. http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=WO2005108785&F=0
11. http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=JP2005094936&F=0
12. 錢偉長,彈性力學,亞東書局,台北,台灣,1991年8月。
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