變槳軸承是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件,其可靠性與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行有著直接關(guān)系。論文以接觸強(qiáng)度分析理論和疲勞壽命理論為基礎(chǔ),首先建立變槳軸承滾道接觸載荷有限元分析模型,研究滾道接觸載荷分布和滾道實(shí)際接觸角分布;然后建立變槳軸承滾道應(yīng)力有限元分析模型,研究滾道接觸應(yīng)力、切應(yīng)力和等效應(yīng)力的分布;最后以最大接觸應(yīng)力最小和軸承疲勞壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)對(duì)變槳軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文的研究方法為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承的設(shè)計(jì)、校核和優(yōu)化提供了依據(jù),具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承理論的研究。建立了內(nèi)圈固定外圈旋轉(zhuǎn)的變槳軸承滾道接觸載荷數(shù)值計(jì)算模型,給出了軸承滾道最大接觸應(yīng)力、最大切應(yīng)力和最大等效應(yīng)力的計(jì)算方法。(2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承滾道接觸載荷有限元分析建模技術(shù)的研究。建立了軸承滾道接觸載荷分析簡(jiǎn)化模型,探討了輪轂有無(wú)對(duì)滾道接觸載荷分析的影響。(3)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承滾道應(yīng)力有限元分析建模技術(shù)的研究。建立了軸承滾道應(yīng)力分析有限元模型,探討了鋼球與螺栓孔相對(duì)位置和螺栓有無(wú)對(duì)滾道應(yīng)力分析的影響,提出了一種新的變槳軸承滾道應(yīng)力有限元分析建模方式。(4)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)與滾道應(yīng)力之間關(guān)系的研究。建立了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的軸承滾道應(yīng)力分析有限元模型,分析了軸承初始接觸角、溝曲率半徑系數(shù)、滾道排距、鋼球直徑與數(shù)量對(duì)最大滾道接觸應(yīng)力、最大切應(yīng)力和最大等效應(yīng)力的影響。(5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的研究�；谶z傳算法以滾道最大接觸應(yīng)力最小和軸承疲勞壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)對(duì)軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315;TH133.3
【部分圖文】：

圖 1.2 2008 年-2018 年全國(guó)裝機(jī)容量Figure 1.2 The national installed capacity from 2008 to 2018機(jī)組主要由塔架、偏航系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系輪等組成[5]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.3 所示。目前，風(fēng)力發(fā)電分為定槳距調(diào)節(jié)（即失速調(diào)節(jié)）和變槳調(diào)節(jié)[6-7]。定槳調(diào)節(jié)裝完成后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，槳葉的槳距角不再發(fā)與定槳調(diào)節(jié)相反，槳葉安裝完成后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程實(shí)際風(fēng)況改變槳距角，調(diào)節(jié)風(fēng)能獲取量，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)定功率。風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)主要包括變槳軸承、變槳驅(qū)承作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其可靠性與風(fēng)力著直接關(guān)系，因此對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳軸承的研究具有重要年份全國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量 全國(guó)新增裝機(jī)容量3214

有單排型和多排型兩種[10]，圖 1.4 (a)、圖 1.4 (c)為單排型，圖1.4 (b)、圖 1.4 (d)為多排型。雙排型變槳軸承因其承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)常被應(yīng)用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組[11]，故本文所研究的軸承為雙排型變槳軸承,其內(nèi)圈與輪轂連接，外圈與槳葉聯(lián)結(jié)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)小齒輪與變槳軸承外齒圈嚙合，工作時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)使槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到變槳的目的。(a)單排內(nèi)齒 (b)雙排內(nèi)齒(c)單排外齒 (d)雙排外齒圖 1.4 變槳軸承種類Figure 1.4 The types of pitch bearing變槳軸承存在多種失效形式，包括疲勞破壞、塑性變形、滾道磨損、套圈斷裂等[12~14]。疲勞破壞是指軸承次表面在交變切應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，載荷作用下該裂紋向外擴(kuò)展，從而導(dǎo)致接觸表面剝落。塑性變形是指傾覆力矩、軸向載荷和徑向載荷在軸承上分布不好，從而產(chǎn)生塑性變形。滾道磨損是指潤(rùn)滑劑內(nèi)的雜質(zhì)、粉塵、未能過(guò)濾的磨料及槳葉顫動(dòng)導(dǎo)致變槳軸承產(chǎn)生麻點(diǎn)和凹坑。套圈斷裂是指當(dāng)軸承存在設(shè)計(jì)制造缺陷或過(guò)載時(shí)，載荷作用下導(dǎo)致軸承套圈斷裂。其中滾道磨損是變槳軸承主要的失效形式[15], 而磨損失效的主要原因是過(guò)大的接觸應(yīng)力[16]

載荷工況復(fù)雜，安裝和維修極不針對(duì)滾道應(yīng)力的理論分析對(duì)提高其可靠性和載荷作用下，變槳軸承鋼球與滾道之間僅形接觸。本章主要介紹變槳軸承滾道接觸應(yīng)力，為后文有限元模型計(jì)算與優(yōu)化提供理論支處理接觸問(wèn)題時(shí)假設(shè)接觸面相對(duì)于物體表面忽略接觸面間的摩擦、接觸載荷垂直作用于比相互接觸物體極小時(shí)的接觸分析[30]，因此情況下，鋼球與滾道之間的接觸為點(diǎn)接觸，其用下，變槳軸承鋼球與滾道之間的點(diǎn)接觸擴(kuò)展橢圓如圖 2.2 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2889038