影响变桨轴承套圈及螺栓强度的因素分析

基于有限元分析方法,建立了某2.5 MW风电机组"叶片-螺栓-变桨轴承-螺栓-轮毂"的整体有限元模型,分析了螺栓预紧力、螺栓连接面摩擦因数和垫片高度对变桨轴承套圈及其连接螺栓应力的影响,结果表明:螺栓预紧力、垫片高度对轴承套圈及连接螺栓的最大应力和疲劳损伤最大值影响较大;结合面摩擦因数对连接螺栓疲劳损伤最大值影响较大,对连接螺栓的最大应力、轴承套圈的最大应力和疲劳损伤最大值影响较小。     

变桨轴承钢球/沟道接触载荷分布规律

工程实践表明,安装基础刚性、螺栓预紧力、安装表面平面度等各种因素对风力发电机变桨轴承的运行性能有显著影响,钢球/沟道接触载荷分布规律是研究转盘轴承运行性能、承载能力及寿命等的基础。讨论了一种用弹簧单元模拟钢球/沟道接触的有限元建模方法,并给出了应用实例,研究了安装基础刚性、螺栓预紧力、安装表面平面度等对变桨轴承钢球/沟道载荷分布规律的影响。     

大型变桨轴承载荷分布的有限元分析

在实际工程应用中,大型风电变桨轴承的结构多为双排四点接触球轴承,其受力巨大,工况恶劣,掌握其载荷分布规律对于提高变桨轴承的性能和可靠性有重要意义。利用ANSYS Workbench软件,对变桨轴承进行了三维建模,对其进行了静态接触力学分析,研究了变桨轴承的载荷分布规律,以及螺栓预紧力、模拟工况条件对变桨轴承载荷分布的影响。结果表明,变桨轴承中钢球与沟道间的最大接触载荷随螺栓预紧力的增大先减小后增大,工况条件下,变桨轴承会发生扭转变形,对载荷分布有较明显的影响。     

风力发电机变桨轴承强度分析及影响因素

以某MW级风电机组双排四点接触球转盘轴承为例,采用ANSYS有限元分析软件建立叶片-轴承-轮毂的整体有限元模型,将钢球与沟道的非线性接触等效为弹簧单元,进行轴承结构强度和接触强度校核计算,该分析方法可减少大规模的接触计算,提高变桨轴承计算效率。对轴承宽度、加强盘厚度、轴承外径、沟道位置、预紧力等影响参数进行了研究,结果表明：增大轴承宽度、外径以及适当增加预紧力,有利于提高变桨轴承的静承载性能及疲劳性能;适当增大加强盘厚度,可有效提高变桨轴承沟道边缘的承载能力;沟道位置下移,可有效改善变桨轴承套圈的疲劳强度。     

叠片联轴器在不同载荷形式作用下的非线性特性研究

为了研究螺栓法兰连接式叠片联轴器在拉伸、弯曲和扭转3种不同载荷形式作用下的非线性变形行为,建立了联轴器局部有限元模型,分析了螺栓预紧力、界面摩擦因数对叠片变形和螺栓法兰连接刚度的影响,讨论了径向、周向滑移量和联轴器非线性变形之间的关系。结果表明,减小预紧力和摩擦因数可以有效降低联轴器的横向和扭转刚度,但对弯曲刚度影响有限;摩擦因数和螺栓预紧力对扭转刚度具有相似的影响机理。研究成果可为叠片式联轴器的设计提供有益的参考。     

考虑支撑结构及螺栓连接的变桨轴承强度分析

针对MW级风电机组变桨轴承静强度与疲劳强度分析的问题,建立了考虑轴承支撑结构刚度及螺栓连接的"叶片-轴承-轮毂"整体等效有限元模型。变桨轴承等效模型中滚球与滚道接触采用非线性弹簧等效,弹簧刚度利用Herz理论进行计算,并将弹簧节点与滚道曲面采用刚性联接,模拟滚球与滚道的接触边界条件;轴承与叶片、轮毂的螺栓连接采用梁单元进行等效,两端分别与被联接零件刚性联接,模拟轮毂-轴承-叶片螺栓联接接触边界条件;模型中弹簧载荷即为滚球载荷,基于Herz接触理论将得到的滚球载荷转化为接触应力,并可以分析滚球接触角变化与套圈变形及应力。采用此模型并结合ISO标准可以在考虑支撑结构及螺栓连接的基础上有效地分析变桨轴承静强度及疲劳强度,并且减少大规模接触计算,提高了计算效率。     

基于周期对称模型的MW级风电机组变桨轴承连接螺栓强度计算

针对MW级风机变桨轴承连接螺栓的强度分析问题,采用周期性建模的方式建立了螺栓的有限元分析模型,并基于GL规范计算了螺栓的极限强度及疲劳强度。首先在最大预紧力工况下基于最大极限载荷计算得到了螺栓的最小极限安全系数。然后通过比较3个叶片的极限疲劳载荷得到了最大的极限疲劳载荷,在最小预紧力工况下基于该载荷得到了螺栓的载荷-应力非线性曲线,构建了新的载荷谱并根据载荷-应力曲线将该载荷谱转化为应力谱,利用雨流统计和Palmgren-Miner准则得到了螺栓的最小疲劳安全系数。计算结果表明,变桨轴承与轮毂连接螺栓和变桨轴承与叶片连接螺栓的极限、疲劳强度满足设计要求;该方法减少了有限元的计算量,为螺栓的强度分析提供了新的思路。     

风机叶片根端连接螺栓的参数化建模及分析

利用有限元分析软件ANSYS参数化设计语言即APDL,高效快速建立参数化风机叶片连接部分的有限元模型。通过高强度叶根螺栓连接叶片根部和变桨轴承外圈,并对螺栓施加一定的预紧力。在预紧力和外部载荷共同作用下,ANSYS进行接触非线性计算,对叶根螺栓进行静力结构分析和强度校核,为叶片根端连接的设计优化提供指导。通过该方法可以提高叶片根端模型建模效率,缩短连接螺栓设计及校核周期。     

风力发电机组后轴承座与前端盖连接螺栓预紧力分析

双轴承结构的双馈风力发电机组,前主轴轴承主要承受径向载荷,后主轴轴承主要承受轴向载荷。文中采用有限元分析方法,依据后轴承座与前端盖连接螺栓在施加预紧力及外载情况下,既保证轴承与轴承座无分离,又满足前端盖和连接螺栓的强度要求,通过多组预紧力分析计算,确定螺栓的预紧力范围。同时通过分析计算可看出,前端盖采用屈服强度大的材料,可提高螺栓预紧力的范围。     

双排四点接触球转盘轴承的有限元分析

针对转盘轴承在受载时不再遵循刚性套圈假设这一实际情况,利用有限元分析软件ANSYS建立了双排四点接触球转盘轴承的实体有限元模型。根据转盘轴承的实际工况设置了模型的边界条件,通过求解计算得到了转盘轴承内部的受力状况,并将本文的计算结果与基于刚性套圈假设数值计算结果进行了比较。结果表明:采用有限元方法得到的结果中有更多的钢球受载,且钢球与滚道之间的最大接触应力值有所降低。这归因于有限元方法将套圈看作是弹性体,在转盘轴承受到外部载荷作用时套圈将发生径向平面内的结构变形。有限元方法得到的结果更加符合转盘轴承的实际受力状况。     

风力发电机组变桨轴承断裂失效分析

变桨轴承是风电机组的关键零部件之一,其可靠性对风电机组的安全运行有重大影响。以某型风电机组变桨轴承断裂为例,对该变桨轴承进行有限元分析,结合理化检测,研究变桨轴承套圈开裂原因。结果表明,该变桨轴承套圈疲劳强度不满足要求,螺栓孔内部有锈蚀坑,在较大循环应力作用下,套圈疲劳断裂。提出了改进及预防变桨轴承失效的措施。     

螺栓预紧力对转盘轴承内部载荷分布的影响研究

通过弹簧单元和杆单元模拟轴承滚动体与沟道间的接触,对螺栓进行简化,并采用预紧力单元法施加螺栓预紧力,建立带有螺栓的转盘轴承有限元模型,研究非均布预紧力对转盘轴承内部载荷分布的影响。研究结果表明:滚动体与沟道之间的的最大接触载荷与螺栓预紧力成正比,非均布螺栓预紧力能够减小滚动体的最大接触载荷,进而为安装转盘轴承提供理论支持。     

森吉米尔式轧机轴承套圈变形对载荷分布的影响

针对森吉米尔式轧机轴承提出了一种考虑轴承套圈变形的载荷计算方法,结合轴承的刚性假设和套圈弯曲变形的理论,通过Mathb计算分析了森吉米尔式轧机轴承的径向游隙、滚子个数和套圈壁厚对载荷分布以及轴承寿命的影响,为其优化设计确定参数提供了有力的依据.     

风电机组变桨轴承的动态柔性特性研究

针对传统变桨轴承方法中的刚性假设不能反应变桨轴承动态运行特点的问题,引入了在线测试与仿真分析技术,对变桨轴承动态柔性特性进行了研究。分析了变桨轴承运行的受载特点,提出了一种基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法,以测试风电机组不同功率下变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移和载荷;建立了考虑周边结构与变桨轴承柔性的变桨系统有限元模型,并以在线测试所得载荷作为有限元分析输入载荷,进行了仿真分析;最终对不同功率下的变桨轴承轴向位移、径向位移测试数据与仿真数据进行了对比分析。研究结果表明:变桨轴承载荷、变桨轴承内外圈轴向位移、径向位移随风轮转动呈现周期性交替变化规律,不同位置变化规律特点不同,体现了变桨轴承的动态柔性特性;该特性可应用于变桨轴承可靠性的研究。     

基于超声波法的风电机组螺栓预紧力测量与控制研究

针对风电机组高强螺栓拆卸后,二次使用时螺栓预紧力是否满足设计要求的问题,基于超声波法测量螺栓预紧力技术,采用了一款高精度的小型便携式超声波螺栓预紧力测试仪,对基于扭矩法安装的轮毂与变桨轴承连接位置高强螺栓初次使用和二次使用时的预紧力分布进行了实验测试与分析。比较了实际现场装配中螺栓获取的预紧力与理论计算预紧力的偏差,以及二次使用对螺栓预紧力的影响,提出了用超声波法测量和控制风电机组高强螺栓预紧力的新工艺。研究结果表明:高强螺栓初次使用时,预紧力与理论计算值吻合较好;高强螺栓二次使用时,预紧力平均下降13%左右,分散度变化不大,预紧力分布范围仍符合设计要求;在保持施拧扭矩不变或适当提高施拧扭矩的情况下,高强螺栓可二次使用。     

变桨轴承套圈堵塞孔位置确定方法

变桨轴承套圈堵塞孔即滚珠装配工艺孔,位于轴承套圈的软带区域,该区域硬度较低,抗碾压能力较弱是轴承套圈的薄弱环节,因此堵塞孔的位置选择是否合适决定了变桨轴承的强度与寿命。针对MW级风电机组变桨轴承套圈堵塞孔位置的确定问题,对其轴承的结构、几何和受载特性进行了分析,建立了轴承内圈载荷分布的静力学模型,基于载荷分布计算结果提出了堵塞孔位置的快速确定方法;并且采用有限元方法分析了变桨系统中轴承的接触载荷分布,验证了堵塞孔位置快速确定方法的准确性。     

某柴油发动机主轴承盖螺栓的动力学性能分析

主轴承盖螺栓作为发动机中重要的紧固零件,因工作中承受着复杂的动态激励载荷容易发生疲劳失效。在考虑装配预紧力、曲柄连杆惯性力和气体作用力的情况下,采用有限元方法建立了主轴承盖螺栓联接结构动态分析力学模型,分析了主轴承盖螺栓在复杂激励载荷下的应力分布特点,探讨了装配预紧力、曲柄连杆惯性力和气体作用力等重要工作参数对螺栓螺纹牙根部和最大应力截面中心区域应力分布的影响。结果表明,气体作用力是主轴承盖螺栓重要的外部冲击载荷;主轴承盖螺栓最大应力截面中心区域等效应力随着预紧力的增加而增大;工况(转速)对主轴承盖螺栓的受力影响不显著;螺纹牙根部最大应力区域径向等效应力在螺纹牙根部附近急剧下降,其后至螺纹中心逐渐减小。研究对主轴承盖螺栓可靠性和疲劳寿命设计具有一定的理论参考价值。     

MW级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的强度分析

针对某MW级风电机组变桨轴承与轮毂连接螺栓强度设计问题,利用ANSYS软件建立了该变桨轴承与轮毂连接螺栓仿真模型,通过对变桨轴承的受力分析和变桨轴承、螺栓有限元模拟方法的研究,基于GL规范分别利用有限元方法和理论分析方法对该连接螺栓进行了强度分析和接触面滑移分析。研究结果表明,螺栓的极限强度和疲劳强度满足设计要求,极限计算中有限元分析结果和理论分析结果基本一致,接触面之间不会发生使螺栓承受剪切力的滑移。该研究结果为风机变桨轴承和轮毂连接螺栓设计提供了参考。     

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进，在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究，以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响，不利于变桨控制策略的准确制定。为此，引入了在线测试与仿真分析技术，研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先，采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法，测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷，以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移；然后，提出了一种有限元分析方法，建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型；最后，将实测载荷作为输入进行了仿真计算，分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明：载荷优化降载3.46%～5.08%后，相同功率水平下变桨轴承变形减小，最大接触应力减小1.10%以上，最小边缘接触余量角增大0.47°以上，变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。     

专用汽车举升机构支撑轴承滚道的载荷波动特性研究

传动系统的载荷波动是引发设备疲劳的重要因素,而疲劳失效是设备失效或损坏最为常见的失效模式;以某专用汽车举升机构传动系统为研究对象,建立传动系统主要零部件三维模型,运用有限元及振动频率检测的方法,系统分析了传动系统螺栓设计对传动系统支撑轴承滚道载荷波动特性的影响。研究结果表明:传动系统中的螺栓预紧力会改变支撑轴承滚道的接触变形,影响支撑轴承的接触载荷;在螺栓预紧力和外载荷共同作用下,支撑轴承接触载荷循环波动大,降低传动系统支持轴承疲劳寿命。增加支撑轴承套圈的壁厚、减小螺栓的预紧力、增加螺栓孔与支撑轴承之间距离等方面的优化,可以有效减小传动系统支撑轴承循环波动载荷,从而提升传动系统疲劳寿命;优化后的传动系统振动小于优化前。该研究为传动系统综合传动性能的提升、支撑轴承疲劳寿命的提高提供理论依据。