风力发电机变桨轴承研究分析

论文摘要

风力发电机组中变桨轴承作为风力发电机专用轴承之一,其使用性能的好坏、寿命长短均关系到风力发电机的正常运行、发电效率等。由于变桨轴承尺寸较大,结构及受力复杂,对其设计生产的难度也相对较大,一般国内生产的风电轴承性能和使用寿命都很难达到要求。论文以德国船级社风力发电机组认证规范及欧洲规范为依据,结合现代设计理论及分析方法,对某MW级变桨轴承进行相关研究分析,为变桨轴承的设计与生产提供参考,具有理论意义和工程实用价值。论文主要研究内容如下:①采用有限元方法对变桨轴承的滚道、轮齿啮合部位进行了强度分析,对分析结果作了说明,为变桨轴承在受载下的载荷分布提供参考。②在建模的时候利用GAP单元代替滚珠对轴承进行简化建模,采用理论计算和有限元结果进行对比,证实了这种简化建模方法的正确性,为以后复杂滚动轴承建模提供一种有效的简化方法。③对变桨轴承应力最大点做疲劳寿命分析,根据GL规范设定变桨轴承材料的S-N曲线,同时对疲劳载荷谱进行转换,利用MSC.Fatigue软件计算得到变桨轴承总的疲劳损伤值,这种疲劳方法为轴承的疲劳计算提供一种新的思路。④对变桨轴承内圈螺栓的强度和疲劳做了计算,并采用有限元方法对变桨轴承上螺栓作了优化。结果表明螺栓强度和疲劳满足要求,有限元方法更能真实反应螺栓的应力分布,同时说明螺栓优化方式合理。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外风电轴承技术的发展现状
• 1.2.1 国外风电轴承技术的发展
• 1.2.2 国内风电轴承技术的发展
• 1.3 课题的研究意义与主要内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题的主要内容
• 2 变桨轴承的基本结构及相关理论
• 2.1 变桨距系统的基本组成
• 2.1.1 变桨轴承
• 2.1.2 轮毂
• 2.1.3 变桨驱动装置
• 2.1.4 雷电保护装置
• 2.2 变桨轴承的结构型式
• 2.3 变桨轴承的相关理论
• 2.3.1 弹性接触的赫兹理论
• 2.3.2 弹性流体动力润滑理论
• 2.3.3 疲劳寿命理论
• 2.4 变桨轴承载荷计算
• 2.4.1 变桨轴承的载荷影响因素
• 2.4.2 变桨轴承的载荷计算
• 2.5 本章小结
• 3 变桨轴承静强度有限元分析
• 3.1 有限元分析方法
• 3.1.1 有限元方法简介
• 3.1.2 有限元法的基本思想和特点
• 3.1.3 变桨轴承有限元分析的基本步骤
• 3.2 GAP 单元对变桨轴承的简化建模验证
• 3.2.1 GAP 单元模拟轴承滚子的有限元分析
• 3.2.2 轴承理论计算
• 3.2.3 对比分析
• 3.3 变桨轴承内外圈与滚珠接触处静强度分析
• 3.3.1 静载荷计算
• 3.3.2 变桨轴承有限元建模
• 3.3.3 载荷及边界条件的设置
• 3.3.4 滚道在静载荷作用下有限元计算结果
• 3.4 变桨轴承外齿静强度分析
• 3.4.1 静载荷计算
• 3.4.2 变桨轴承外齿建模
• 3.4.3 载荷及边界条件的设置
• 3.4.4 外齿有限元计算结果
• 3.5 本章小结
• 4 变桨轴承的疲劳寿命计算
• 4.1 变桨轴承疲劳寿命理论
• 4.2 变桨轴承疲劳寿命的有限元分析
• 4.2.1 MSC.Fatigue 疲劳分析软件
• 4.2.2 S-N 曲线的设定
• 4.2.3 疲劳分析模型及载荷
• 4.2.4 疲劳载荷谱的处理
• 4.3 疲劳计算结果
• 4.4 本章小结
• 5 变桨轴承连接螺栓的计算
• 5.1 单个螺栓所受的最大载荷
• 5.1.1 预紧力与工作拉力下的螺栓连接
• 5.1.2 螺栓所受的最大外载荷
• 5.2 受力最大螺栓的强度分析
• 5.2.1 螺栓的预紧力与预紧扭矩
• c 的确定'>5.2.2 螺栓刚度系数K_c的确定
• 5.2.3 螺栓应力及疲劳强度
• 5.3 变桨轴承连接螺栓的强度及疲劳理论计算
• 5.4 变桨轴承连接螺栓有限元计算
• 5.4.1 变桨轴承内圈连接螺栓建模
• 5.4.2 载荷及边界条件的设置
• 5.4.3 接触设置
• 5.4.4 计算结果
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录