兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航軸承疲勞損傷分析.pdf

1、近年來，我國(guó)風(fēng)電事業(yè)得到迅速的發(fā)展。但與此相矛盾的是，我國(guó)風(fēng)機(jī)技術(shù)落后，許多關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備依舊依賴進(jìn)口。風(fēng)力機(jī)上的關(guān)鍵設(shè)備偏航軸承是一種大型四點(diǎn)接觸球軸承，工作時(shí)承受徑向力、徑向力和傾覆力矩的聯(lián)合作用。由于尺寸大、轉(zhuǎn)速低、受力復(fù)雜等原因，普通標(biāo)準(zhǔn)軸承的分析方法在此已經(jīng)不再適用，有必要對(duì)其開展針對(duì)性的分析和研究。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)各國(guó)產(chǎn)化，掌握核心技術(shù)，本文對(duì)偏航軸承的疲勞損傷問題展開分析和研究。
　　 (1)為得到作用于偏航軸承

2、上的外載荷，本文提出一種基于坐標(biāo)變換原理的方法將作用在風(fēng)機(jī)上的外載荷傳遞到偏航軸承上。該方法可以很方便的將作用在外圈上的載荷表示為風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的函數(shù)，使計(jì)算過程更加程式化。
　　 (2)為了求出承受一定外載荷下偏航軸承各滾球處的接觸載荷分布，采用坐標(biāo)變換的方法將受載前、后偏航軸承內(nèi)外圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過變換矩陣聯(lián)系起來，通過求解該相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)為未知量的整體靜力平衡方程得到各滾球位置處的接觸載荷。采用三種作用于偏航軸承的外載荷狀況

3、對(duì)其接觸載荷分布進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，傾覆力矩對(duì)接觸載荷分布的大小和方式影響最大，接觸載荷整體分布基本上符合正弦規(guī)律。求得了偏航軸承各滾球位置處的接觸載荷后，根據(jù)線彈性力學(xué)理論即可獲得滾球和滾道之間的接觸橢圓及接觸應(yīng)力，為接觸區(qū)域疲勞損傷分析、偏航軸承的設(shè)計(jì)和選型提供了理論依據(jù)。
　　 (3)在接觸區(qū)域的疲勞損傷分析上，為了研究塑性流動(dòng)對(duì)接觸區(qū)域損傷的影響，基于連續(xù)損傷力學(xué)的方法，采用能綜合反映損傷、等向硬化、隨動(dòng)硬化等因素的接觸

4、區(qū)域材料的非線性力學(xué)本構(gòu)模型。數(shù)值仿真時(shí)，在非線性有限元軟件包的用戶材料子程序接口UMAT中編寫了該非線性材料本構(gòu)模型子程序。結(jié)合線彈性接觸力學(xué)對(duì)分析結(jié)果從應(yīng)力和塑性應(yīng)變兩個(gè)方面進(jìn)行了討論。從應(yīng)力角度，接觸區(qū)域下交變的剪切應(yīng)力是導(dǎo)致接觸表面以下初始裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展的主要原因，與線彈性接觸力學(xué)理論相一致。分析結(jié)果還說明Mises應(yīng)力可以綜合反映各應(yīng)力分量對(duì)損傷的影響。從塑性應(yīng)變的角度，各個(gè)方向的塑性應(yīng)變都會(huì)在很大程度上影響到初始裂紋的產(chǎn)生