兆瓦級風力發(fā)電機偏航軸承疲勞損傷分析.pdf

1、近年來，我國風電事業(yè)得到迅速的發(fā)展。但與此相矛盾的是，我國風機技術(shù)落后，許多關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備依舊依賴進口。風力機上的關(guān)鍵設(shè)備偏航軸承是一種大型四點接觸球軸承，工作時承受徑向力、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，普通標準軸承的分析方法在此已經(jīng)不再適用，有必要對其開展針對性的分析和研究。為了實現(xiàn)風機關(guān)鍵設(shè)各國產(chǎn)化，掌握核心技術(shù)，本文對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變換原理的方法將作用在風機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機運動參數(shù)的函數(shù)，使計算過程更加程式化。
　　 (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，采用坐標變換的方法將受載前、后偏航軸承內(nèi)外圈之間的相對運動通過變換矩陣聯(lián)系起來，通過求解該相對運動參數(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、對其接觸載荷分布進行計算。結(jié)果表明，傾覆力矩對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，為了研究塑性流動對接觸區(qū)域損傷的影響，基于連續(xù)損傷力學的方法，采用能綜合反映損傷、等向硬化、隨動硬化等因素的接觸

4、區(qū)域材料的非線性力學本構(gòu)模型。數(shù)值仿真時，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)合線彈性接觸力學對分析結(jié)果從應(yīng)力和塑性應(yīng)變兩個方面進行了討論。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)生和擴展的主要原因，與線彈性接觸力學理論相一致。分析結(jié)果還說明Mises應(yīng)力可以綜合反映各應(yīng)力分量對損傷的影響。從塑性應(yīng)變的角度，各個方向的塑性應(yīng)變都會在很大程度上影響到初始裂紋的產(chǎn)生