2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、能源和環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展亟待解決的兩個(gè)重要問題，而風(fēng)力發(fā)電的主要特點(diǎn)是清潔，投資靈活，占地少，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益。但是，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量日益增大，機(jī)組所受的載荷也隨之增大，使得機(jī)組及其關(guān)鍵部件的安全問題尤為突出。為了使機(jī)組在它的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)能夠正常運(yùn)行，必須對(duì)其關(guān)鍵零部件展開細(xì)致的研究。
　　 本課題在陜西省自然基金和陜西省教育廳項(xiàng)目的資助下，以山東某某風(fēng)電科技有限公司制造的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輪轂和主軸為研

2、究對(duì)象，因?yàn)檩嗇炇秋L(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的一個(gè)重要部件，載荷情況較復(fù)雜，它的設(shè)計(jì)關(guān)乎到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行和使用壽命；而主軸是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要傳動(dòng)部件，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮強(qiáng)度，還要重視剛度。基于有限元法的基本理論，本文對(duì)輪轂和主軸進(jìn)行了一下研究：
　　 (1)首先根據(jù)圖紙?zhí)峁┑母鞑考某叽?，選用三維建模軟件Pro/E建立輪轂、主軸的實(shí)體模型，然后將實(shí)體模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中。
　　 (2)實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS后，根據(jù)各

3、部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的單元類型、設(shè)置單元實(shí)常數(shù)、設(shè)置材料屬性，根據(jù)不同部件的受力位置，采用不同精度的網(wǎng)格。
　　 (3)在精確建立有限元模型的基礎(chǔ)上，在對(duì)主軸加載時(shí)，考慮了軸承彈性支撐對(duì)主軸固有頻率的影響，將軸承簡(jiǎn)化為擁有軸向和徑向剛度的彈簧單元，用combin14單元來(lái)模擬，這是對(duì)前人研究的一個(gè)補(bǔ)充；在葉片與輪轂的連接面處采用多點(diǎn)約束技術(shù)(mpc184單元)，彌補(bǔ)了前人直接處理為剛性約束的不足，提高了分析精度。然后對(duì)各個(gè)部

4、件進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度分析，得出輪轂、主軸在極限載荷下的應(yīng)力分布規(guī)律和位移分布規(guī)律，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核。
　　 (4)利用有限元?jiǎng)恿W(xué)分析理論，對(duì)輪轂、主軸進(jìn)行模態(tài)分析，確定各部件的固有頻率、相應(yīng)振型和承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。
　　 (5)基于強(qiáng)大的ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)和高效的MATLAB優(yōu)化工具箱分別對(duì)輪轂、主軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出滿足所有設(shè)計(jì)要求的最經(jīng)濟(jì)、最高效率可行的設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)進(jìn)一步的動(dòng)