大型变桨轴承滚道激光表面淬火数值模拟及硬化层性能研究

发布时间：2020-05-21 02:40

【摘要】：发展风电是国家的重要能源战略,大型变桨轴承作为风电机组的关键零部件,磨损及接触疲劳失效现象时有发生,严重影响整机的运行安全及可靠性。激光表面淬火作为一种新型高效的提高表面性能的手段已得到了工程应用,风电轴承滚道对于高质量激光表面强化有着重大需求,迫切需要对大型轴承分析其激光表面处理机理及工艺方法,掌握硬化层的表征及影响因素,推动激光表面处理技术在兆瓦级大型风电轴承上的应用。本文以大型变桨轴承为研究对象,开展了激光表面淬火数值仿真、试验及工艺效果研究,为激光表面淬火技术在大型风电轴承上的应用提供了理论和技术支撑。主要研究工作有:(1)选取与变桨轴承相同材料的合理简化试件,建立了有限元模型,解决了边界条件、热源模型、材料参数等关键问题,实现了对激光淬火工艺瞬态温度场与热应力场的数值模拟,研究了激光表面处理后硬化层深度的表征及评估方法,揭示了温度场分布规律。(2)制备了42CrMo试件,通过正交试验设计,进行了多组激光表面淬火工艺试验。通过将实验硬化层深与模拟所得硬化层深进行对比,验证了有限元建模及方法的可行性。测定了淬火后试件的表面粗糙度、金相组织及硬度等,进一步对激光淬火工艺效果进行了评估。(3)建立了2.2MW实际尺寸的大型变桨轴承滚道模型,对其滚道处进行激光淬火过程模拟,完成了激光表面淬火工艺的瞬态温度场数值计算。对于硬化层均匀性进行了研究,分析了不同工艺参数对于硬化层深的影响规律,对于工艺参数的合理选取提供了理论参考。(4)结合工程需求,提出了基于有限元法的激光表面淬火工艺效果Kriging近似模型构建方法,采用均匀试验方法,建立了淬硬层深预测模型,通过与仿真结果比较,说明了近似模型的有效性,可用于代替复杂的有限元计算,并开发了便于工程人员使用的简易软件。
【图文】：

图 1-1 风电机组主要轴承类型Fig.1-1 Main bearings of wind turbine意义着新一代风力发电机组单机容量的不断增加，，轴承部件的

图 1-2 变桨轴承滚道磨损严重Fig.1-2 Heavy wear of pitch bearing raceway本文以变桨轴承为研究对象，通过对激光表面淬火工艺的数值模拟分析和实验研究，形成适用于大型转盘轴承套圈的激光表面淬火热力学建模方法，结合硬
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3;TG156.3

【参考文献】

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本文编号：2673599