风电变桨轴承柔性支承研究与设计参数分析

【摘要】：风电变桨轴承作为风电装备关键零部件之一,其设计和制造是制约我国重大装备业实力整体提升的一个瓶颈。本文选取某典型兆瓦级风电机组的变桨轴承——双排四点接触球转盘轴承为研究对象,根据赫兹弹性接触理论对承受径向力、轴向力和倾覆力矩的该转盘轴承建立力学模型,并利用Newton-Raphson方法对该模型进行数值仿真。该模型不仅考虑三个方向的联合载荷的作用,同时考虑了包括径向游隙、沟曲率半径系数、接触角和双排滚动体间距等参数在内的众多重要轴承设计参数。在该模型的基础上,以弹性力学等理论为基础,详细推导了在轴承外载荷和滚动体接触力等负荷下转盘轴承内、外套圈的弯曲变形公式,联立多非线性超越方程组求解四点接触球转盘轴承的相关力学问题。对赫兹弹性接触理论下建立的刚性套圈模型和弹性力学下建立的柔性套圈模型进行数值仿真,考量两个模型下轴承四个接触对的载荷分布以及载荷分布范围、内、外套圈上滚动体的接触应力分布、套圈弯曲变形与力矩分布等问题。着重对影响轴承承载能力的重要设计参数径向游隙、接触角、沟曲率半径系数等进行了仿真,并给予了详细的分析,提出了对应的轴承设计建议。文章所做以上工作为四点接触球转盘轴承,甚至转盘轴承的设计提供了重要的理论依据,具有一定的工程实际应用价值。 【关键词】：变桨轴承 双排四点接触球转盘轴承 载荷分布 游隙 接触角 沟曲率半径系数
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-12
• 1.1.1 风电产业发展9-10
• 1.1.2 风电变桨轴承概述10-12
• 1.2 转盘轴承国内外研究现状12
• 1.3 转盘轴承力学特性分析方法12-14
• 1.3.1 赫兹接触理论12-13
• 1.3.2 有限元方法13-14
• 1.4 本课题研究意义与内容14-16
• 1.4.1 课题研究意义14
• 1.4.2 课题主要研究内容14-16
• 第2章 滚动球轴承分析的理论基础16-29
• 2.1 球轴承几何学16-21
• 2.1.1 球轴承基本几何尺寸16
• 2.1.2 密合度16-17
• 2.1.3 主曲率17-18
• 2.1.4 游隙18-19
• 2.1.5 接触角19-21
• 2.2 赫兹弹性接触理论21-24
• 2.2.1 接触问题引出21
• 2.2.2 基本假设21
• 2.2.3 表面接触应力与变形21-24
• 2.3 轴承的载荷分布24-28
• 2.3.1 载荷分布概述24
• 2.3.2 载荷与位移关系24-25
• 2.3.3 径向载荷下的轴承25-26
• 2.3.4 轴向载荷下的轴承26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 风电变桨轴承的数学建模29-37
• 3.1 数学建模准备29-31
• 3.2 内、外圈沟曲率中心矩31-34
• 3.3 静力学平衡方程34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 柔性套圈变形分析37-47
• 4.1 概述37
• 4.2 接触弹性变形37-38
• 4.3 套圈变形理论推导38-41
• 4.4 转盘轴承套圈受力41-43
• 4.5 四点接触球转盘轴承套圈变形43-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 轴承设计参数分析47-74
• 5.1 刚性套圈与柔性套圈转盘轴承载荷分布对比47-51
• 5.2 轴承表面接触应力51-54
• 5.3 套圈弯曲变形54-58
• 5.4 设计参数分析58-73
• 5.4.1 径向游隙58-60
• 5.4.2 接触角60-71
• 5.4.3 内、外沟曲率半径系数71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-80
• 致谢80

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