风力发电机组四点接触球轴承力学性能及疲劳寿命研究

发布时间：2017-06-06 19:01

  本文关键词：风力发电机组四点接触球轴承力学性能及疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：四点接触球轴承是风力发电机组关键零部件,叶片气动载荷通过四点接触球轴承传递给轮毂,其工作的可靠性直接影响整个风机的安全运行。论文先以接触强度分析理论和疲劳分析理论为基础,建立四点接触球轴承有限元整体简化模型和子模型,对四点接触球轴承的力学性能和疲劳寿命进行研究;再基于遗传算法和有限元理论对四点接触球轴承结构参数进行优化。论文的研究方法为风力发电机组四点接触球轴承的设计、校核以及优化提供了依据,具有一定的工程实用价值。论文的主要研究内容如下:(1)风力发电机组四点接触球轴承理论研究。分析了该型轴承的结构特点及受载情况,建立了轴承的力学分析模型;通过轴承疲劳分析理论研究,给出了该型轴承疲劳寿命计算方法。(2)风力发电机组四点接触球轴承有螺栓有限元建模技术研究。研究了滚珠—滚道接触特性和螺栓受力特性,建立了滚珠和螺栓的等效接触刚度模型,提出了一种新的四点接触球轴承有限元模拟方法。通过理论和实验的对比,新模拟方法更适合于四点接触球轴承的仿真分析。(3)螺栓预紧力对风力发电机组四点接触球轴承载荷分布的影响研究。建立不同螺栓预紧力的四点接触球轴承有限元模型,分析螺栓预紧力对四点接触球轴承力学性能的影响,为工程应用提供参考。(4)风力发电机组四点接触球轴承滚道疲劳寿命研究。建立滚珠—滚道弹性接触子模型,运用应力—寿命法计算轴承疲劳寿命,同时分析滚道表面硬度和螺栓预紧力对轴承寿命的影响。(5)风力发电机组四点接触球轴承结构参数优化设计研究。基于遗传算法和有限元理论,对四点接触球轴承结构参数进行多目标优化。优化结果表明,轴承力学性能和疲劳寿命均有改善。
【关键词】：四点接触球轴承 有限元分析 力学性能 疲劳寿命 参数优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH133.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 四点接触球轴承简介10-12
• 1.2.1 四点接触球轴承结构形式11-12
• 1.2.2 四点接触球轴承失效形式12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.3.1 四点接触球轴承国内研究现状13
• 1.3.2 四点接触球轴承国外研究现状13
• 1.4 论文研究意义和主要内容13-17
• 1.4.1 论文研究意义13-14
• 1.4.2 论文主要内容14-17
• 2 四点接触球轴承静力学分析及疲劳分析理论17-29
• 2.1 四点接触球轴承静力学分析17-22
• 2.1.1 四点接触球轴承结构及受力来源17-18
• 2.1.2 四点接触球轴承几何模型18-21
• 2.1.3 四点接触球轴承静力学模型21-22
• 2.1.4 非线性方程组的数值求解方法22
• 2.2 疲劳寿命分析理论22-27
• 2.2.1 应力—寿命法22-23
• 2.2.2 疲劳寿命分析流程23-25
• 2.2.3 滚道次表面应力25-27
• 2.3 本章小结27-29
• 3 四点接触球轴承力学性能有限元分析29-51
• 3.1 四点接触球轴承无螺栓有限元简化模型29-35
• 3.1.1 滚珠-滚道接触模拟29-33
• 3.1.2 有限元简化模型33-35
• 3.2 四点接触球轴承有螺栓有限元简化模型35-41
• 3.2.1 连接螺栓有限元简化模型35-41
• 3.2.2 有限元简化模型41
• 3.3 有限元简化模型精度验证41-45
• 3.4 螺栓预紧力对轴承载荷分布的影响45-50
• 3.4.1 均布预紧力大小的影响45-47
• 3.4.2 非均布预紧力的影响47-48
• 3.4.3 内外圈预紧力差异的影响48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 四点接触球轴承疲劳寿命分析51-63
• 4.1 四点接触球轴承有限元子模型51-53
• 4.2 有限元子模型精度验证53-54
• 4.3 滚道表面硬度对轴承寿命影响54-57
• 4.3.1 考虑表面硬度子模型54-55
• 4.3.2 轴承疲劳寿命分析55-57
• 4.4 螺栓预紧力对轴承寿命影响57-61
• 4.4.1 不同螺栓预紧力子模型57-58
• 4.4.2 轴承疲劳寿命分析58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 5 四点接触球轴承结构参数优化设计63-75
• 5.1 基于遗传算法的结构参数优化63-66
• 5.1.1 遗传优化算法概述63-64
• 5.1.2 遗传优化算法模型64-65
• 5.1.3 约束条件65
• 5.1.4 结果分析65-66
• 5.2 基于有限元算法的结构参数优化66-70
• 5.2.1 建立轴承有限元模型67-68
• 5.2.2 有限元计算结果分析68-69
• 5.2.3 优化轴承滚道间距69-70
• 5.3 优化后轴承力学性能及疲劳寿命70-73
• 5.3.1 极限工况下轴承力学性能70-72
• 5.3.2 疲劳工况下疲劳寿命分析72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 结论75-77
• 6.1 结论75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 附录83
• A. 攻读硕士学位期间所发表的论文83
• B. 攻读硕士学位期间参与的科研项目83

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