风电机组主轴系统结构分析建模研究及其应用

【摘要】：风力发电机组主轴是连接风轮和齿轮箱的传动轴,是传递动力的重要部件。主轴的性能对风力机组的可靠性和安全性有着重要的影响。论文以大型风力发电机组主轴为研究对象,基于德国劳埃德船级社(GL)风力发电机组认证规范,对主轴静强度、疲劳寿命和模态分析进行了深入的研究。研究成果为风电机组主轴结构强度分析和优化设计提供了依据,具有工程实用价值。 论文主要研究内容如下: ①主轴结构强度分析建模的研究,包括主轴的几何模型,主轴静强度分析有限元模型。针对主轴承滚子模拟问题,提出了分别采用变形体单元、Gap单元、刚体单元等三种建模方法模拟主轴承滚子,并通过对三种建模方法计算结果的对比分析,得到了最优方案,对主轴进行结构强度分析。 ②主轴疲劳寿命分析。基于Palmgren-Miner线性累计损伤理论,建立了疲劳分析有限元模型、材料模型、应用计算仿真得到的疲劳载荷谱,计算主轴在疲劳载荷作用下的疲劳损伤。 ③主轴的振动问题研究,根据振动基本理论得出主轴振动方程,对于是否考虑轴承弹性支撑,建立两种有限元模型进行模态分析,并对两种模型的计算结果进行对比分析,研究轴承弹性支撑对主轴固有频率的影响。 ④风力发电机组主轴胀紧套的强度分析研究。分别通过工程计算和有限元分析法计算胀紧套在极限载荷下的应力值,并对计算结果进行了对比分析,指出两者中最优计算方法,并校核胀紧套各部件的强度,为工程设计提供参考意见。 【关键词】：主轴 gap单元 疲劳分析 模态分析 胀紧套
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 国内外风力发电机组关键零部件技术现状综述8-10
• 1.1.1 国外技术现状8-9
• 1.1.2 国内技术现状9-10
• 1.2 有限元分析方法的应用10-12
• 1.3 本课题研究的意义与主要内容12-15
• 1.3.1 课题的研究意义12
• 1.3.2 论文的研究内容12-15
• 2 主轴静强度分析15-37
• 2.1 主轴分析系统的结构15-18
• 2.2 主轴系统分析的有限元模型18-19
• 2.3 主轴静强度分析19-35
• 2.3.1 变形体模拟滚子20-25
• 2.3.2 gap 单元模拟滚子25-30
• 2.3.3 刚性面模拟滚子30-35
• 2.4 对比分析35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 主轴的疲劳分析37-47
• 3.1 疲劳分析方法及理论37-38
• 3.2 主轴的疲劳强度分析38-45
• 3.2.1 疲劳分析应力计算38-42
• 3.2.2 S-N 曲线的修正42-43
• 3.2.3 载荷谱设置43-44
• 3.2.4 疲劳分析结果44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 4 主轴的模态分析47-59
• 4.1 主轴振动理论47-48
• 4.2 轴承处完全约束下的主轴模态分析48-52
• 4.2.1 主轴模态分析的有限元模型48-50
• 4.2.2 主轴的模态分析结果50-52
• 4.3 考虑轴承弹性支撑的主轴模态分析52-58
• 4.3.1 主轴模态分析的有限元模型52-55
• 4.3.2 主轴的模态分析结果55-58
• 4.4 对比分析58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 胀紧套静强度分析59-73
• 5.1 胀紧套结构理论计算59-65
• 5.1.1 胀紧套结构尺寸59-61
• 5.1.2 胀套力学模型及理论计算公式61-65
• 5.1.3 计算结果65
• 5.2 胀紧套静强度有限元分析65-70
• 5.2.1 胀紧套网格模型65-66
• 5.2.2 接触设定66
• 5.2.3 边界条件及载荷设置66-67
• 5.2.4 计算结果67-70
• 5.3 对比分析70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-81
• 附录81
• A：攻读硕士学位期间所发表的论文81
• B：攻读硕士学位期间参与的课题研究81

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