機(jī)械彈性儲(chǔ)能箱蝸簧襯片連接強(qiáng)度分析段巍，方濤，湯敬秋，王璋奇（華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003）摘要：蝸卷彈簧是機(jī)械彈性儲(chǔ)能的關(guān)鍵零部件，其端部與芯軸和儲(chǔ)能箱體內(nèi)壁連接的強(qiáng)度直接影響蝸卷彈簧工作的可靠性。針對(duì)蝸卷彈簧外端與箱體內(nèi)壁采用襯片固定的連接方式，采用阿基米德螺旋線建立了蝸簧和襯片的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了作用在襯片上的初始彎矩，針對(duì)不同長度的襯片建立了襯片連接有限元模型，對(duì)比了蝸簧和襯片有限元單元的應(yīng)力大小及分布統(tǒng)計(jì)，得到了不同長度襯片對(duì)蝸卷彈簧的影響，確定了合適的襯片連接長度。研究成果可為蝸卷彈簧的安全運(yùn)行提供有力依據(jù)。關(guān)鍵詞：彈性儲(chǔ)能；蝸卷彈簧；儲(chǔ)能箱；襯片連接；有限元；應(yīng)力分析1引言隨著太陽能、風(fēng)能等間歇性能源的開發(fā)和利用，儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展變得日益重要。機(jī)械彈性儲(chǔ)能以平面蝸卷彈簧為關(guān)鍵零部件，利用蝸卷彈簧受載時(shí)產(chǎn)生彈性變形，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，卸載后將彈性勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的原理進(jìn)行儲(chǔ)能和釋能，該儲(chǔ)能方式具有儲(chǔ)能大容量、高效率、低成本和無污染等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。圖1為機(jī)械彈性儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖[6]，該系統(tǒng)以蝸卷彈簧儲(chǔ)能箱為中心分為發(fā)電側(cè)與儲(chǔ)能側(cè)。變速儲(chǔ)能箱的作用費(fèi)用？安徽太陽儲(chǔ)能箱生產(chǎn)廠家

    因此襯片形狀也符合阿基米德螺旋線。圖5襯片數(shù)學(xué)模型GasketMathematicModel長度為l的襯片在蝸簧作用下，如圖5所示。由r0到r1轉(zhuǎn)過的角度記為θa，在垂直方向下彎曲的距離記為w，可以近似的看為：襯片在蝸簧作用下的變形可以視為一懸臂梁受到彎矩Me下的彎曲變形，令垂直方向下彎曲的長度w與彎曲變形撓度wB相等，即可以看出，Me與襯片的長度l有關(guān)，不同長度下的襯片連接，蝸簧受到的初始彎矩是不同的。4襯片連接有限元分析在圖1彈性儲(chǔ)能系統(tǒng)方案中，選用10kW實(shí)驗(yàn)用雙饋電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，**大轉(zhuǎn)矩為·m，減速器傳動(dòng)比為3，則作用在蝸簧芯軸上的**大轉(zhuǎn)矩Mq為·m。襯片使用彈簧鋼，選用65#碳素鋼，其截面是寬度t為120mm、高度h為3mm的矩形；蝸簧材料選用玻璃纖維[11-12]，具有更低的材料密度和更高的儲(chǔ)能密度。襯片材料和蝸卷彈簧材料機(jī)械性能，如表1所示。蝸簧箱內(nèi)壁半徑R設(shè)計(jì)為480mm。阿基米德螺旋蝸的圈數(shù)n取10圈，則式1中描述蝸簧形狀的極坐標(biāo)參數(shù)中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。表1彈簧鋼、玻璃纖維機(jī)械性能參數(shù)MechanicalPropertiesofSpringSteelandGlassFiber性能材料彈性模量E（Gpa）材料的密度ρ（kg/m3）抗拉強(qiáng)度極限σB。MW級(jí)儲(chǔ)能箱的類型變速儲(chǔ)能箱制造廠家費(fèi)用？

    豎板之間設(shè)置間隙，極大限度地增大了儲(chǔ)能單元的接觸表面積，使得相變儲(chǔ)能單元能夠與傳熱液體充分接觸，相變儲(chǔ)能單元采用鋁質(zhì)外殼，增加熱傳導(dǎo)和儲(chǔ)能效率；相變儲(chǔ)能單元上設(shè)置換液管，可以定期對(duì)相變進(jìn)行更換，提高儲(chǔ)能箱的儲(chǔ)能性能和使用周期，在密封箱上兩相對(duì)的側(cè)面上一上一下地設(shè)置輸液管，一邊進(jìn)液一邊出液，在液體流動(dòng)的過程中，環(huán)繞著中間的相變儲(chǔ)能單元流過，增加了傳熱液體與相變儲(chǔ)能單元的充分接觸時(shí)間，提高了換熱強(qiáng)度。實(shí)施例2：如圖4所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，儲(chǔ)能側(cè)板31的兩端以及儲(chǔ)能豎板32的自由端底部分別設(shè)有支撐柱34，相變儲(chǔ)能單元3通過支撐柱34安裝在密封箱1空腔2內(nèi)。使得相變儲(chǔ)能單元底部與密封箱底部不完全接觸，流出空隙供傳熱液體流動(dòng)。實(shí)施例3：如圖4所示，在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，在密封箱1外面設(shè)質(zhì)一層保溫隔熱層8，在密封箱1外面底部設(shè)有萬向輪9，并且在萬向輪9上設(shè)有剎車裝置10。在密封箱外面設(shè)置一層保溫隔熱層，減少了密封箱與外界的熱交換，較少能量散失，另外，整個(gè)箱體底部設(shè)有萬向輪及剎車裝置，方便儲(chǔ)能箱在使用過程中的移動(dòng)和定點(diǎn)靜止停放。

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    2蝸卷彈簧曲線描述蝸卷彈簧在儲(chǔ)能前的狀態(tài)，即初始狀態(tài)，其外端固定于蝸簧箱內(nèi)壁上，內(nèi)端固定在芯軸上；在蝸簧箱內(nèi)壁蝸簧互相接觸，形狀符合阿基米德螺旋線的特征，記為AS；芯軸和壓緊的彈簧之間表現(xiàn)為自然狀態(tài)，形狀相似于對(duì)數(shù)螺旋線特征，記為LS，如圖2所示。圖1械彈性儲(chǔ)能系統(tǒng)MechanicalElasticEnergyStorageSystem圖2初始狀態(tài)蝸簧模型SpiralSpringModelofInitialState阿基米德螺線是一個(gè)點(diǎn)勻速遠(yuǎn)離固定點(diǎn)的同時(shí)以固定的角速度繞該固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)形成的軌跡，如圖3所示。其極坐標(biāo)方程表示：式中：a—其初始極徑；b—控制徑向距離的參數(shù)。圖3阿基米德螺旋線ArchimedesSpiral對(duì)數(shù)螺旋線也叫等角螺旋線，線上任意一點(diǎn)的極徑與該點(diǎn)切線方向的夾角α為定值，且α≠90°，如圖4所示。其極坐標(biāo)方程表示為：式中：ρ（θ）—在任意角度θ螺旋線的極徑；ρ0—θ為0時(shí)的極徑；θ—沿螺旋線所經(jīng)過的角度；k—線上任一點(diǎn)處的極徑與該點(diǎn)處的切線的夾角的余切，即k=cot（α）在圖2中，設(shè)AS的蝸簧長度為L1。LS的長度為L2，則蝸簧的全長L=L1+L2。初始狀態(tài)的蝸簧形狀的表達(dá)函數(shù)為：圖4對(duì)數(shù)螺旋線LogarithmicSpiral3襯片模型襯片與蝸簧通過螺釘連接于箱體內(nèi)壁。光伏儲(chǔ)能箱制造廠家費(fèi)用？廣東便攜儲(chǔ)能箱價(jià)格

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    襯片安裝后與蝸簧相貼合并隨著蝸簧的曲率變化而變化，由于在蝸簧與箱體連接部分蝸簧形狀符合阿基米德螺旋線，因此襯片形狀也符合阿基米德螺旋線。圖5襯片數(shù)學(xué)模型GasketMathematicModel長度為l的襯片在蝸簧作用下，如圖5所示。由r0到r1轉(zhuǎn)過的角度記為θa，在垂直方向下彎曲的距離記為w，可以近似的看為：襯片在蝸簧作用下的變形可以視為一懸臂梁受到彎矩Me下的彎曲變形，令垂直方向下彎曲的長度w與彎曲變形撓度wB相等，即可以看出，Me與襯片的長度l有關(guān)，不同長度下的襯片連接，蝸簧受到的初始彎矩是不同的。4襯片連接有限元分析在圖1彈性儲(chǔ)能系統(tǒng)方案中，選用10kW實(shí)驗(yàn)用雙饋電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，**大轉(zhuǎn)矩為·m，減速器傳動(dòng)比為3，則作用在蝸簧芯軸上的**大轉(zhuǎn)矩Mq為·m。襯片使用彈簧鋼，選用65#碳素鋼，其截面是寬度t為120mm、高度h為3mm的矩形；蝸簧材料選用玻璃纖維[11-12]，具有更低的材料密度和更高的儲(chǔ)能密度。襯片材料和蝸卷彈簧材料機(jī)械性能，如表1所示。蝸簧箱內(nèi)壁半徑R設(shè)計(jì)為480mm。阿基米德螺旋蝸的圈數(shù)n取10圈，則式1中描述蝸簧形狀的極坐標(biāo)參數(shù)中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。安徽太陽儲(chǔ)能箱生產(chǎn)廠家