风电机组主轴轴承疲劳寿命分析与数值模拟

【摘要】：为了缓解能源危机,近些年来我国开始大力发展风力发电,然而我国风电相关制造产业的关键技术发展仍然缓慢,其中风电机组主轴轴承的设计和生产仍处于起步阶段,因此研究主轴轴承疲劳寿命及其数值模拟方法对于国内风电制造产业来说是具有重大意义的。 本文从Hertz理论等滚动轴承分析基础理论出发,以双列调心滚子轴承230/670CA/W33*为例,首先分析了主轴轴承的整体受力情况,随后提出了考虑径向游隙的滚动轴承内部载荷分布理论,阐述L-P轴承疲劳寿命理论和滚动轴承疲劳寿命修正方法,最后确定了径向游隙与主轴轴承疲劳寿命之间的量化关系,并分析了游隙对轴承疲劳寿命的影响,考虑装配、温度和载荷等因素,对主轴轴承的最佳原始游隙进行计算；同时,本文还利用有限元方法对主轴轴承滚子滚道间的接触应力进行模拟分析,综合考虑边缘应力和滚子长度利用率,研究了载荷和滚子外形对接触应力分布的影响,对风电机组主轴轴承设计、参数优化以及装配调试具有一定指导意义。 此外,本文在疲劳寿命分析理论基础之上,通过ANSYS和Fe-safe软件对主轴轴承疲劳寿命进行数值模拟,得出主轴轴承疲劳强度薄弱处以及疲劳寿命,为风电机组主轴轴承的寿命预测以及合理安排维修和维护提供依据。 【关键词】：风电机组 主轴轴承 游隙 疲劳寿命 数值模拟
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 选题背景9-11
• 1.1.2 课题研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 滚动轴承寿命研究发展历程及现状12-13
• 1.2.2 风电机组主轴轴承国内外研究现状13
• 1.2.3 疲劳寿命数值模拟研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第2章 风电机组主轴轴承研究理论基础15-25
• 2.1 风电机组主轴轴承配置方案15-17
• 2.1.1 两点式支撑配置方案15
• 2.1.2 三点式支撑配置方案15-16
• 2.1.3 一点式支撑配置方案16-17
• 2.2 滚子轴承宏观几何学17-19
• 2.2.1 滚子轴承基本几何尺寸17
• 2.2.2 轴承滚子的几何尺寸17-18
• 2.2.3 接触角18
• 2.2.4 游隙18-19
• 2.3 Hertz弹性接触理论19-24
• 2.3.1 Hertz弹性接触理论概述19
• 2.3.2 主曲率和∑ρ与主曲率差函数F(ρ)19-20
• 2.3.3 点接触20-22
• 2.3.4 线接触22-23
• 2.3.5 滚子轴承接触类型23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 风电机组主轴轴承受力分析及内部载荷分布25-42
• 3.1 本文研究对象25
• 3.2 风电机组主轴轴承受力分析25-27
• 3.3 风电机组主轴轴承内部载荷分布27-35
• 3.3.1 载荷-变形关系27-28
• 3.3.2 角接触轴承载荷分布28-31
• 3.3.3 双列调心滚子轴承载荷分布31-34
• 3.3.4 主轴轴承内部载荷分布计算实例34-35
• 3.4 风电机组主轴轴承接触应力分析35-40
• 3.4.1 有限元分析方法简介35-36
• 3.4.2 调心滚子轴承滚子滚道接触应力有限元分析36-39
• 3.4.3 滚子滚道间密合度对接触应力的影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 风电机组主轴轴承寿命分析42-55
• 4.1 滚动轴承L-P疲劳寿命理论42-46
• 4.1.1 L-P疲劳寿命理论基础42-43
• 4.1.2 基于L-P理论的向心滚子轴承疲劳寿命计算43-45
• 4.1.3 滚子轴承疲劳寿命计算标准45-46
• 4.2 径向游隙对轴承寿命的影响46-52
• 4.2.1 径向游隙不为零时主轴轴承的内部载荷分布46-47
• 4.2.2 径向游隙不为零时主轴轴承的疲劳寿命计算方法47
• 4.2.3 风电机组主轴轴承疲劳寿命计算与分析47-51
• 4.2.4 风电机组主轴轴承疲劳寿命修正51-52
• 4.3 风电机组主轴轴承最佳原始游隙的选择52-54
• 4.3.1 过盈配合对游隙的影响53
• 4.3.2 工作温度对游隙的影响53
• 4.3.3 载荷对游隙的影响53
• 4.3.4 最佳原始游隙的选择53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 风电机组主轴轴承疲劳寿命数值模拟55-64
• 5.1 基于ANSYS的主轴轴承有限元分析55-58
• 5.1.1 主轴轴承有限元模型55-56
• 5.1.2 创建接触对56-57
• 5.1.3 施加约束与载荷57
• 5.1.4 主轴轴承数值模拟结果与分析57-58
• 5.2 材料特性58
• 5.3 疲劳分析方法与疲劳累计损伤理论58-59
• 5.3.1 疲劳寿命分析方法58-59
• 5.3.2 疲劳累积损伤理论59
• 5.4 载荷谱的制定59
• 5.5 基于Fe-safe软件的风电机组主轴轴承疲劳寿命数值模拟59-62
• 5.5.1 ANSYS分析结果导入59-60
• 5.5.2 主轴轴承载荷参数设置60
• 5.5.3 材料疲劳属性设置60-61
• 5.5.4 求解参数设置61
• 5.5.5 疲劳寿命模拟结果及分析61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 第6章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-70
• 致谢70

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