变桨轴承套圈载荷特性及疲劳寿命研究
发布时间：2022-01-01 08:33
变桨轴承是连接桨叶与轮毂并将桨叶中的载荷传递到轮毂上的变桨系统的重要组件,其结构尺寸大,整体刚度低,加工及热处理工艺复杂,使用时承受冲击载荷且转动范围一般在0°90°之间,因此对变桨轴承的载荷传递及使用寿命进行研究显得尤为必要。目前学者们对变桨轴承主要进行了一般性的研究,对轴承本身的特性及轴承套圈的主要失效形式考虑较少。鉴于此,建立“桨叶-变桨轴承-轮毂-主轴”等效有限元模型并验证等效模型准确性,针对轴承套圈堵塞孔处断裂的情况,提出基于力学模型接触载荷分布特性确定堵塞孔位置的快速确定方法;针对轴承套圈螺栓孔处断裂情况,确定基于Miner损伤理论疲劳危险位置的研究。首先,简要分析了变桨轴承的结构特点、工作特性及材料与热处理方式等,建立了变桨轴承有限元分析中滚动体与滚道接触等效模型、螺栓连接等效模型,以及“桨叶-变桨轴承-轮毂-主轴”物理模型。针对滚动体与滚道接触的等效模型,根据Hertz接触负荷与变形的关系确定弹簧中的参数设置,并对滚动体与滚道接触等效模型中耦合角度进行灵敏度分析。其次,建立变桨轴承实验台及变桨轴承实验台的有限元模型,有限元模型中采用“弹簧+刚性连接...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外转盘轴承研究现状
1.2.1 力学模型分析方法
1.2.2 有限元分析方法
1.3 本文主要研究内容
2 变桨轴承有限元模型的建立
2.1 变桨轴承的特点
2.1.1 独立电动变桨距系统
2.1.2 变桨轴承的结构及工作特性
2.1.3 材料与热处理
2.2 Hertz接触理论
2.2.1 Hertz接触理论概述
2.2.2 接触应力与变形
2.2.3 接触负荷与接触弹性变形
2.3 变桨轴承有限元等效模型的建立
2.3.1 变桨系统三维模型的建立
2.3.2 变桨系统的等效模型
2.3.3 轴承切割、材料属性及网格划分
2.3.4 载荷及约束
2.3.5 子模型方法
2.3.6 变桨轴承耦合角度灵敏度分析
2.4 本章小结
3 变桨轴承的实验研究
3.1 实验目的
3.2 实验设备介绍
3.2.1 实验台的建立
3.2.2 实验台主要仪器及其参数
3.3 实验原理
3.4 实验工况
3.5 基于有限元分析的测点位置确定
3.5.1 轴承实验台有限元模型建立
3.5.2 载荷及约束施加
3.5.3 应变片粘贴位置确定及测试传感器位置布置
3.6 实验结果
3.6.1 轴向载荷对轴承套圈力学性能的影响
3.6.2 倾覆力矩对轴承套圈力学性能的影响
3.6.3 螺栓预紧力对轴承套圈力学性能的影响
3.7 有限元结果与实验结果对比
3.8 本章小结
4 基于接触载荷分布特性的堵塞孔位置确定方法
4.1 变桨轴承内圈力学模型推荐堵塞孔位置
4.1.1 变桨轴承的几何描述
4.1.2 刚性支撑条件下的变形协调
4.1.3 变桨轴承内圈力学模型
4.1.4 堵塞孔位置确定方法
4.2 刚性支撑条件下有限元方法推荐堵塞孔位置
4.3 柔性支撑条件下有限元方法推荐堵塞孔位置
4.4 结果对比与结论
4.5 子模型方法验证堵塞孔处静强度
4.5.1 整体模型分析及子模型的确定
4.5.2 子模型分析结果
4.5.3 验证切割边界
4.6 本章小结
5 变桨轴承静强度及疲劳寿命研究
5.1 轴承套圈基本参数测试及强度校验
5.1.1 轴承套圈基本参数测试
5.1.2 轴承套圈强度校验
5.2 螺栓对轴承套圈静强度的影响
5.2.1 螺栓直径对轴承套圈的影响
5.2.2 螺栓长度对轴承套圈的影响
5.2.3 螺栓预紧力对轴承套圈的影响
5.3 轴承套圈螺栓孔疲劳寿命研究
5.3.1 “载荷-应力”函数关系的拟合
5.3.2 变桨轴承S-N曲线的计算
5.3.3 变桨轴承累积损伤计算
5.3.4 用Gerber方程进行应力等效
5.3.5 用Goodman方程进行应力等效
5.3.6 小结
5.4 轴承套圈堵塞孔疲劳寿命研究
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
附录A 耦合区域灵敏度分析
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]清洁能源发电技术及市场现状研究[J]. 李欣民. 电力需求侧管理. 2017(06)
[2]双排非对称四点接触球转盘轴承力学性能分析[J]. 牛荣军,徐金超,邵秀华,邓四二. 机械工程学报. 2018(09)
[3]安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响[J]. 姜迪,李云峰. 轴承. 2017(03)
[4]基于ABAQUS和FATIGUE的风电转盘轴承疲劳寿命计算[J]. 马振革,陆超,洪荣晶,陈捷. 轴承. 2016(01)
[5]大型变桨轴承载荷分布的有限元分析[J]. 武家欣,马伟,刘义,李济顺. 机械传动. 2014(08)
[6]特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究[J]. 王燕霜,袁倩倩,曹佳伟,李璞,李燕. 机械工程学报. 2014(09)
[7]风电机组变桨轴承载荷分布研究[J]. 芮晓明,郑辉,黄浩然. 中国电机工程学报. 2013(32)
[8]兆瓦级风机电动变桨距系统的设计与实现[J]. 叶成城,曹云峰,蔡旭. 电力电子技术. 2013(02)
[9]我国风能资源与风电产业发展[J]. 佟昕,董媛媛. 能源研究与利用. 2012(06)
[10]具有塑性变形的转盘轴承有限元分析方法[J]. 尚振国,董惠敏,毛范海,王华. 农业工程学报. 2011(12)
硕士论文
[1]变桨轴承及其螺栓联接结构强度性能分析[D]. 田志亮.大连理工大学 2016
[2]兆瓦级风力发电机组变桨轴承有限元分析[D]. 陈红涛.河南科技大学 2012
[3]考虑轴承动力传递关系的汽车变速箱瞬态动力学研究[D]. 郑隆龙.重庆大学 2012
[4]偏航变桨轴承力学特性分析及结构优化设计[D]. 贾平.大连理工大学 2012
[5]风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D]. 王扬.华北电力大学 2012
本文编号：3562005
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外转盘轴承研究现状
1.2.1 力学模型分析方法
1.2.2 有限元分析方法
1.3 本文主要研究内容
2 变桨轴承有限元模型的建立
2.1 变桨轴承的特点
2.1.1 独立电动变桨距系统
2.1.2 变桨轴承的结构及工作特性
2.1.3 材料与热处理
2.2 Hertz接触理论
2.2.1 Hertz接触理论概述
2.2.2 接触应力与变形
2.2.3 接触负荷与接触弹性变形
2.3 变桨轴承有限元等效模型的建立
2.3.1 变桨系统三维模型的建立
2.3.2 变桨系统的等效模型
2.3.3 轴承切割、材料属性及网格划分
2.3.4 载荷及约束
2.3.5 子模型方法
2.3.6 变桨轴承耦合角度灵敏度分析
2.4 本章小结
3 变桨轴承的实验研究
3.1 实验目的
3.2 实验设备介绍
3.2.1 实验台的建立
3.2.2 实验台主要仪器及其参数
3.3 实验原理
3.4 实验工况
3.5 基于有限元分析的测点位置确定
3.5.1 轴承实验台有限元模型建立
3.5.2 载荷及约束施加
3.5.3 应变片粘贴位置确定及测试传感器位置布置
3.6 实验结果
3.6.1 轴向载荷对轴承套圈力学性能的影响
3.6.2 倾覆力矩对轴承套圈力学性能的影响
3.6.3 螺栓预紧力对轴承套圈力学性能的影响
3.7 有限元结果与实验结果对比
3.8 本章小结
4 基于接触载荷分布特性的堵塞孔位置确定方法
4.1 变桨轴承内圈力学模型推荐堵塞孔位置
4.1.1 变桨轴承的几何描述
4.1.2 刚性支撑条件下的变形协调
4.1.3 变桨轴承内圈力学模型
4.1.4 堵塞孔位置确定方法
4.2 刚性支撑条件下有限元方法推荐堵塞孔位置
4.3 柔性支撑条件下有限元方法推荐堵塞孔位置
4.4 结果对比与结论
4.5 子模型方法验证堵塞孔处静强度
4.5.1 整体模型分析及子模型的确定
4.5.2 子模型分析结果
4.5.3 验证切割边界
4.6 本章小结
5 变桨轴承静强度及疲劳寿命研究
5.1 轴承套圈基本参数测试及强度校验
5.1.1 轴承套圈基本参数测试
5.1.2 轴承套圈强度校验
5.2 螺栓对轴承套圈静强度的影响
5.2.1 螺栓直径对轴承套圈的影响
5.2.2 螺栓长度对轴承套圈的影响
5.2.3 螺栓预紧力对轴承套圈的影响
5.3 轴承套圈螺栓孔疲劳寿命研究
5.3.1 “载荷-应力”函数关系的拟合
5.3.2 变桨轴承S-N曲线的计算
5.3.3 变桨轴承累积损伤计算
5.3.4 用Gerber方程进行应力等效
5.3.5 用Goodman方程进行应力等效
5.3.6 小结
5.4 轴承套圈堵塞孔疲劳寿命研究
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
附录A 耦合区域灵敏度分析
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]清洁能源发电技术及市场现状研究[J]. 李欣民. 电力需求侧管理. 2017(06)
[2]双排非对称四点接触球转盘轴承力学性能分析[J]. 牛荣军,徐金超,邵秀华,邓四二. 机械工程学报. 2018(09)
[3]安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响[J]. 姜迪,李云峰. 轴承. 2017(03)
[4]基于ABAQUS和FATIGUE的风电转盘轴承疲劳寿命计算[J]. 马振革,陆超,洪荣晶,陈捷. 轴承. 2016(01)
[5]大型变桨轴承载荷分布的有限元分析[J]. 武家欣,马伟,刘义,李济顺. 机械传动. 2014(08)
[6]特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究[J]. 王燕霜,袁倩倩,曹佳伟,李璞,李燕. 机械工程学报. 2014(09)
[7]风电机组变桨轴承载荷分布研究[J]. 芮晓明,郑辉,黄浩然. 中国电机工程学报. 2013(32)
[8]兆瓦级风机电动变桨距系统的设计与实现[J]. 叶成城,曹云峰,蔡旭. 电力电子技术. 2013(02)
[9]我国风能资源与风电产业发展[J]. 佟昕,董媛媛. 能源研究与利用. 2012(06)
[10]具有塑性变形的转盘轴承有限元分析方法[J]. 尚振国,董惠敏,毛范海,王华. 农业工程学报. 2011(12)
硕士论文
[1]变桨轴承及其螺栓联接结构强度性能分析[D]. 田志亮.大连理工大学 2016
[2]兆瓦级风力发电机组变桨轴承有限元分析[D]. 陈红涛.河南科技大学 2012
[3]考虑轴承动力传递关系的汽车变速箱瞬态动力学研究[D]. 郑隆龙.重庆大学 2012
[4]偏航变桨轴承力学特性分析及结构优化设计[D]. 贾平.大连理工大学 2012
[5]风力发电机组转盘轴承疲劳寿命的研究[D]. 王扬.华北电力大学 2012
本文编号：3562005
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