CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ
3.1. Thiết kế cơ khí cho trục xoay yaw
3.1.1. Tính tốn chọn cơng suất động cơ
- Tính tốn tải trọng gió tác dụng lên turbine ứng với trục turbine vng góc với hướng gió bởi vì đây là lúc diện tích tiếp xúc của tồn bộ thân turbine với gió là lớn nhất. Động cơ xoay trục yaw cần có đủ momen để thắng được lực cản gió.
+ Cơng suất đặc trưng cho động cơ:
𝑃𝑑𝑐 > 𝑃𝑦𝑐 (3.1)
Với:
𝑃𝑦𝑐 = 𝑃𝑡𝑑 =𝑃𝑐𝑡.𝛽
𝜂 (3.2)
+ Hiệu suất bộ truyền động:
𝜂 = 𝜂𝑑𝑟. 𝜂𝑜𝑙 (3.3)
Tra bảng ta có:
𝜂𝑑𝑟 = 0,98 là hiệu suất bộ truyền đai răng.
𝜂𝑜𝑙 = 0,99 là hiệu suất ổ lăn.
Thay số ta được hiệu suất bộ truyền động:
𝜂 = 0,9702.
+ Tải trọng tương đương:
𝛽 = 1
23
𝐹 = 𝐴 . 𝑃 (3.4)
Trong đó:
A là phần diện tích tiếp xúc với gió gây ra momen xoay (𝑚𝑚2).
Hình 3. 1 Diện tích diện tích chịu tải A trọng gió của mơ hình.
P là áp lực gió (𝑁/𝑚𝑚2).
Với áp lực gió được tính theo cơng thức:
𝑃 = 𝐶𝑒. 𝐶𝑑. 𝑄𝑠. 𝑙𝑤 (3.5)
𝐶𝑒 là hệ số kết hợp chiều cao, độ tiếp xúc và độ giật của gió. Tra từ bảng 16-
G trong UBC ứng với 3 kiểu tiếp xúc liên quan đến địa hình. Chọn kiểu địa hình B (địa hình có nhà cửa, cây cối hay có sự khơng đồng đều.
𝐶𝑒 = 1,6.
𝐶𝑑 là hệ số áp lực. Hệ số lực cản tiêu chuẩn của ống trụ dài là:
24
𝑄𝑠 là hệ số áp lực trì trệ của gió. Tính theo cơng thức
𝑄𝑠 = 0,613. 𝑉2. (3.6)
𝑙𝑤 là hệ số quan trọng Thường:
𝑙𝑤 = 1.
Tải trọng gió tác dụng lên turbine tính theo cơng thức trên sẽ là:
𝐹 = 15,6 𝑁.
Xem như tải trọng tập trung tại vị trí xa nhất của turbine (ứng với momen xoắn lớn nhất) thì moment xoắn gây ra chuyển động xoay theo chiều gió là:
𝑀 = 𝐹. 𝑑 = 8280 𝑁𝑚𝑚. (3.7)
Khi thay đổi trạng thái chuyển động, tubine gió sẽ sinh ra một moment qn tính cản trở chuyển động xoay.
Vì vậy, motor cần cung cấp một moment sau hộp số lớn hơn hoặc bằng 𝑀 để có thể giữ turbine ổn định trong lúc xoay. Việc tính tốn chính xác momen qn tính cho một biên dạng bất kì như trong hình là rất khó khăn. Vì vậy, tác giả quyết định sau khi thiết kế sẽ được tính tốn lại để chọn động cơ sau. Momen xoắn trên trục bánh bị động:
𝑇𝑑𝑐 𝑙𝑡 < 9,55. 106.𝑃𝑏𝑑
𝑛𝑏𝑑 (3.8)
Nếu chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai là u = 3.75. Với tốc độ quay nhanh nhất của động cơ là 𝑛𝑑𝑐 = 65 𝑣/𝑝ℎ. Suy ra tốc độ của bánh bị động được
tính theo cơng thức. Tỉ số truyền bộ truyền đai
𝑢 =𝑛𝑏𝑑
25 Suy ra:
𝑛𝑏𝑑 = 17,3 𝑣/𝑝ℎ.
Công suất trên trục bánh bị động:
𝑃𝑏𝑑 = 15 𝑊.
Suy ra công suất trên trục động cơ:
𝑃𝑑𝑐 = 𝑃𝑏𝑑
𝜂 = 15,46 𝑊. (3.10)
Vậy động cơ chọn cần có thơng số:
{𝑇ố𝑐 độ độ𝑛𝑔 𝑐ơ 𝑠𝑎𝑢 ℎộ𝑝 𝑔𝑖ả𝑚 𝑡ố𝑐 𝑛𝑑𝑐 = 65 𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡.
𝐶ơ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑡ố𝑖 𝑡ℎ𝑖ể𝑢 𝑃𝑑𝑐 > 15,46 𝑊.
Dựa vào các tiêu chí đó ta chọn được động cơ kèm hộp giảm tốc là: Động cơ Plannet 24V 60W 65rpm, với hộp số có tỉ số truyền 1:139.
26 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của hệ thống.
Động cơ Trục công tác
U 3.75
P(W) 60 58,212
N(rpm) 65 17,33
T(Nmm) 8815,38 32078,74