风电齿轮箱轴承疲劳寿命研究

发布时间：2020-12-24 21:05

　　风能以其清洁、可再生、储量大及分布广等优点，受到了越来越多的重视及青睐，在全球探求新能源的今天，风能产业迎来了前所未有的发展机遇。目前，降低风力发电机组的故障率是设计和使用过程中的核心问题，故障的发生不仅影响运转效率及发电量，而且也大大增加了维修、更换零件等所需要的费用，因此，风力发电机组的可靠性是其性能的主要衡量指标之一。在风电机组的各部件中，因风电齿轮箱的故障而造成停机的概率最高。而在复杂多变的外界载荷作用下，风电齿轮箱内部轴承的寿命难以准确预估是导致风电齿轮箱失效的一个重要因素。为了达到使用寿命要求，国产的大型风电机组中的齿轮箱轴承大多依靠进口，增加了生产成本，因此研究风电齿轮箱轴承的受力及疲劳寿命对风电行业的发展有着重大的意义。风电增速齿轮箱的高速轴端轴承由于转速较高，载荷变化较大，使预估其使用寿命的难度增加。本文拟对该处轴承进行动力学模拟及疲劳寿命分析。当前，对轴承疲劳寿命的分析方法主要有试验法和疲劳寿命分析法两种。试验法具有较高的可靠性，但对风电增速箱的实验监控周期较长、费用较高；疲劳寿命分析法采用有限元分析法，利用数值仿真技术等对轴承的疲劳寿命进行分析预测。在采用有限元分... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究意义
    1.2 风电齿轮箱的应用研究状况
    1.3 风电齿轮箱轴承的研究现状
    1.4 研究方法及研究内容
        1.4.1 本文的研究内容
        1.4.2 本文的研究方法
第2章 风电齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承疲劳寿命理论分析
    2.1 圆柱滚子轴承的线接触问题
        2.1.1 圆柱滚子轴承线接触问题的数值计算
        2.1.2 滚动轴承中的载荷分布
        2.1.3 滚动轴承接触应力及变形的计算
        2.1.4 NJ2232 型圆柱滚子轴承载荷分布计算
    2.2 轴承疲劳寿命理论
        2.2.1 滚动轴承的损坏与疲劳寿命
        2.2.2 滚动疲劳理论
    2.3 圆柱滚子轴承线接触轴承的疲劳寿命分析
        2.3.1 疲劳寿命统计理论的基本假说
        2.3.2 圆柱滚子轴承线接触疲劳寿命的计算
        2.3.3 风电齿轮箱轴承疲劳寿命的修正
        2.3.4 圆柱滚子轴承疲劳寿命的计算
    2.4 本章小结
第3章 风电齿轮箱传动系统仿真分析模型的建立
    3.1 模型的简化及材料属性的确定
        3.1.1 保持架材料的确定
        3.1.2 轴承滚动体及内外圈材料的确定
        3.1.3 风电齿轮内部传动系齿轮等材料的确定
    3.2 仿真条件的确定
    3.3 基于 ADAMS 刚柔耦合的多体动力学分析
        3.3.1 刚柔耦合分析的基本流程
        3.3.2 基于 ADAMS/Durability 与 nSoft 的疲劳分析
    3.4 有限元软件中模态中性文件的求解
        3.4.1 高速轴圆柱滚子轴承保持架模态中性文件的分析
        3.4.2 轴承滚动体模态中性文件的分析
    3.5 本章小结
第4章 风电齿轮箱轴承动力学仿真结果分析
    4.1 工况一：齿轮箱起动至平稳运行状态下分析
        4.1.1 输入条件与负载扭矩的模拟
        4.1.2 滚动体载荷分布分析
        4.1.3 柔性保持架结果分析
        4.1.4 滚动体动力学分析
    4.2 工况二：齿轮箱在转速突变条件下系统仿真分析
        4.2.1 齿轮箱输入突变转速条件模拟
        4.2.2 保持架仿真结果分析
        4.2.3 滚动体结果分析
    4.3 工况三：齿轮箱紧急刹车情况下的仿真分析
        4.3.1 齿轮箱刹车工况的模拟
        4.3.2 保持架仿真结果分析
        4.3.3 滚动体结果分析
    4.4 本章小结
第5章 齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承疲劳寿命的分析
    5.1 线性累积损伤理论
    5.2 雨流计算法
    5.3 轴承疲劳寿命的分析
        5.3.1 滚动体在额定条件下疲劳寿命的分析
        5.3.2 保持架在额定条件下疲劳寿命的分析
        5.3.3 周期性载荷对滚动体疲劳寿命的影响
        5.3.4 周期性载荷对保持架疲劳寿命的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
        6.2.1 工作中的不足
        6.2.2 工作展望
参考文献
附录一
附录二
附录三
作者简介及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于nSoft的起重机主梁管节点疲劳寿命分析[J]. 董达善,张振,刘龙.  起重运输机械. 2012(01)
[2]大功率风电增速箱设计[J]. 谢春普,陈宏伟,张树庆,李国莉.  重型机械. 2012(01)
[3]风电轴承多工况试验载荷谱的编制[J]. 陈观慈,贾平,毛范海,孙守林.  轴承. 2011(10)
[4]风电齿轮箱高速轴故障处理与分析[J]. 招妙妍.  设备管理与维修. 2011(09)
[5]我国风电齿轮箱行业自主创新发展中的问题与对策[J]. 孔勤建.  风能. 2011(07)
[6]输油臂中间回转轴承寿命预测[J]. 方桂景,冯刚.  机械设计与制造. 2011(06)
[7]风电轴承需求与创新能力建设[J]. 何加群,范光辉.  风能. 2011(05)
[8]基于可靠性理论的风电机组偏航轴承寿命预测[J]. 孙文迪,陈满儒.  制造业自动化. 2011(05)
[9]高速圆柱滚子轴承动态特性分析[J]. 张占立,王燕霜,邓四二,刘喆.  航空动力学报. 2011(02)
[10]航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学仿真[J]. 杨海生,邓四二,李晌,陈国定.  轴承. 2011(02)

硕士论文
[1]兆瓦级风力发电机偏航轴承疲劳损伤分析[D]. 牛蔺楷.太原理工大学 2011
[2]基于虚拟样机的大型风电机组齿轮传动系统冲击特性分析[D]. 陈绍军.华北电力大学（北京） 2008
[3]大型风电齿轮箱关键设计技术研究[D]. 董进朝.机械科学研究总院 2007



本文编号：2936310