gap單元在風(fēng)電機(jī)組偏航軸承建模上的應(yīng)用

1、作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：黃文（1983），男，碩士，碩士期間專業(yè)為機(jī)械設(shè)計(jì)，研究方向是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，2011年畢業(yè)后一直從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研發(fā)工作。聯(lián)系電話：13772179295，郵箱：88177347@。GAPGAP單元在風(fēng)電機(jī)組偏航軸承建模上的應(yīng)用單元在風(fēng)電機(jī)組偏航軸承建模上的應(yīng)用黃文、蘭洋、李騰飛、戴曉亮（特變電工新疆新能源股份有限公司，西安，710119）摘要摘要：針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航軸承結(jié)構(gòu)與受力的復(fù)雜性，提出一種新的偏航軸承簡(jiǎn)化

2、建模方法。本文主要對(duì)某MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組偏航軸承內(nèi)圈與主機(jī)架連接螺栓、外圈與塔筒連接螺栓的強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析模型中利用GAP單元模擬偏航軸承滾珠與內(nèi)外圈之間的接觸來實(shí)現(xiàn)力的傳遞。結(jié)果表明，GAP單元可有效的模擬軸承實(shí)際受力及力的傳遞，從而為偏航軸承建模提供一種有效的簡(jiǎn)化方法。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；GAP單元；偏航軸承；有限元；簡(jiǎn)化方法TheTheApplicationApplicationofofthetheGAPGAPElement

3、ElementininthetheYawYawBearingBearingofofWindWindTurbineTurbineHuangWen、LanYang、LiTengFei、DaiXiaoLiang（TBEASOLARCO.LTDXi’an710119）AbstractAbstract:Accdingtothecomplexityofwindturbineyawbearingstructurestressanovelapproac

4、htosimplifyitwasproposed.ThepapermainlyanalysesthestressofboltswhichconnectthemainframeinnerringtowerouterringinoneMWwindturbine.TheGAPelementisusedtoreplacetheballfsimulatingthecontacttransmissionofloads.Theresultindica

5、testhattheGAPelementcansimulatetheactualstresstransferfceofthebearingeffectuallysoitcanprovideaneffectivemethodfthemodelingofyawbearing.KeyKeywdswds：thewindturbineGAPelementyawbearingfiniteelementthesimplifymethod0引言引言軸承

6、是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部件，主要包括主軸軸承、變槳軸承、偏航軸承、發(fā)電機(jī)軸承及齒輪箱軸承。其中偏航軸承通過螺栓分別與主機(jī)架和塔筒連接，維持偏航系統(tǒng)的穩(wěn)定與運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)整個(gè)機(jī)組的受力特性、穩(wěn)定性、震動(dòng)與噪音等都起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，偏航軸承旋轉(zhuǎn)使風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)向，以捕獲更多的風(fēng)能[1]。偏航軸承是四點(diǎn)接觸球軸承，尺寸龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)計(jì)算與偏航軸承相連零部件的強(qiáng)度時(shí)，若對(duì)偏航軸承采用實(shí)體建模，所需計(jì)算量較大，且計(jì)算過程不易收斂。這就需要

7、尋求一種對(duì)偏航軸承有效的簡(jiǎn)化方法，既能提高計(jì)算效率，同時(shí)又不影響與之相連零部件的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果。文章利用有限元分析軟件MSC.MarcMentat中的GAP單元[2]代替滾動(dòng)體，模擬滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的接觸特性，來實(shí)現(xiàn)偏航軸承的簡(jiǎn)化及力的傳遞。同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行加載，計(jì)算軸承內(nèi)外圈連接螺栓的強(qiáng)度，強(qiáng)度結(jié)果比較理想，可以為后期偏航軸承建模提供一種新的思路。1GAP單元的屬性特征單元的屬性特征1.1GAP單元的模式單元的模式GAP單元有三種模式：

8、真實(shí)距離模式，用于幾何非線性分析；方向固定模式，用于體不穿透給定平面的線性或非線性幾何分析中；第三種模式通過用戶子程序GAPU中指定閉合距離和間隙方向，間隙方向和距離可在分析過程中被更新以模擬沿曲面的滑動(dòng)[2]。1.2GAP單元特性描述單元特性描述根據(jù)四點(diǎn)接觸球軸承的傳力特點(diǎn)，采用GAP單元代替滾動(dòng)體模擬軸承內(nèi)外圈的接觸及力的傳遞。GAP單元采用真實(shí)距離模式，在接觸體之間建立接觸點(diǎn)對(duì)，不考慮滾子變形，將gap單元設(shè)置為剛體。初始接觸點(diǎn)處

9、的gap單元設(shè)置為初始接觸，其余gap單元初始設(shè)置為非接觸，gap單元長(zhǎng)度為滾子直徑。模型中GAP單元過多就不易收斂，此例中滾動(dòng)體與內(nèi)外圈接觸的點(diǎn)對(duì)有14對(duì)，故采用14個(gè)GAP單元代替一個(gè)滾動(dòng)體進(jìn)行接觸應(yīng)力分析，所得模型收斂性好。在有限元分析軟件MSC.MarcMentat中建立有限元模型，模型采用8節(jié)點(diǎn)六面體7號(hào)單元?jiǎng)澐?，單元大小?0～30mm，單元數(shù)總共112902個(gè)，如圖3和圖4所示。圖3有限元模型圖4局部細(xì)節(jié)圖3計(jì)算模型的接觸