风电轴承损伤累积修正系数试验研究

【摘要】：风力发电机组轴承所承受的载荷一般是随时间变化的载荷时间历程。受风力发电机运行状态和所处自然环境的影响,载荷时间历程通常有多种工况且每种工况都有非常大的数据量。想要精确地估算出风电轴承的使用寿命,必须将这些载荷时间历程中的信息合理地提取出来。目前,工程上一般按照几个步骤对随机的载荷时间历程进行处理。首先利用循环计数法将其处理成多级载荷谱,然后用累积损伤理论计算多级载荷谱的等效载荷,最后依据轴承几个方向上的等效载荷合算出当量动载荷以进行寿命估计。但由于线性损伤累积理论本身存在一定的误差,而其他损伤累积理论因计算非常复杂不利于工程应用,故需应用试验的方法对线性损伤理论进行修正,为风力发电机组轴承可靠性设计提供参考。 本文在前人对风电轴承疲劳载荷谱研究的基础上,应用相似原理将大型风电轴承载荷谱等效为适用于普通轴承试验的试验谱,找出了一种应用普通轴承的加速疲劳寿命试验近似估算大型风电轴承载荷谱的线性损伤累积理论修正系数的方法,为大型风力发电机组轴承的寿命设计提供参考。然后应用该方法对线性损伤累积理论进行了修正,分析了几种类型的风电轴承疲劳载荷谱特性与线性损伤累积理论修正系数之间的关系。试验结果表明：应用线性损伤累积理论对风电轴承进行寿命估计存在一定的误差,载荷谱的波动特性会降低轴承的使用寿命；线性损伤累积理论修正系数与载荷谱的离散程度有关；对于高可靠性要求的风电轴承,设计前有必要针对实际载荷谱进行等效试验,以确定合理的线性损伤累积理论修正系数。 【关键词】：疲劳寿命 风电轴承 Miner理论 载荷谱 等效载荷
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 课题发展现状9-13
• 1.2.1 疲劳损伤累积理论的发展历程及现状10-11
• 1.2.2 滚动轴承寿命理论的发展历程与现状11
• 1.2.3 滚动轴承疲劳寿命试验技术的发展历程与现状11-12
• 1.2.4 风力发电机组轴承及研究现状12-13
• 1.3 课题研究目的、意义及内容13-14
• 1.3.1 课题研究的目的和意义13-14
• 1.3.2 课题研究的内容14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 滚动轴承疲劳寿命的基本理论15-23
• 2.1 滚动轴承疲劳寿命的计算公式15-19
• 2.1.1 额定寿命的计算15
• 2.1.2 基本额定动载荷的计算15-17
• 2.1.3 当量动载荷的计算17
• 2.1.4 特殊状态下的寿命计算17-19
• 2.2 影响滚动轴承疲劳寿命的因素19-20
• 2.2.1 轴承润滑状态对疲劳寿命的影响19
• 2.2.2 轴承材料及加工工艺对疲劳寿命的影响19-20
• 2.2.3 污染对轴承疲劳寿命的影响20
• 2.3 滚动轴承的失效形式及其特征20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 风电轴承载荷谱的编制及等效计算23-42
• 3.1 载荷-时间历程的统计分析23-26
• 3.2 多工况载荷谱的编制26-32
• 3.2.1 各工况加权系数的确定26-27
• 3.2.2 载荷循环联合分布函数的简化27-28
• 3.2.3 单工况载荷循环幅值的威布尔三参数计算28-29
• 3.2.4 多工况载荷循环幅值分布函数及载荷分级29-32
• 3.3 载荷谱等效载荷的计算32-33
• 3.4 风电轴承载荷谱数据库查询软件设计33-41
• 3.4.1 数据的存储与管理34-37
• 3.4.2 风机参数的存取37-38
• 3.4.3 数据操作菜单38-39
• 3.4.4 编制载荷谱菜单39-40
• 3.4.5 等效载荷菜单40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 轴承损伤累积修正系数试验设计42-52
• 4.1 轴承疲劳寿命试验的加速方法42-43
• 4.1.1 可靠性强化试验和加速疲劳寿命试验42-43
• 4.1.2 提高试验转速43
• 4.1.3 不完全样本疲劳寿命试验43
• 4.2 试验样本与试验设备43-46
• 4.2.1 试验样本及编号43-45
• 4.2.2 试验设备45-46
• 4.3 轴承疲劳寿命试验载荷设计46-50
• 4.3.1 载荷谱的缩小原则46-48
• 4.3.2 试验载荷谱及加载方案48-50
• 4.3.3 对照组寿命试验的载荷确定50
• 4.4 试验环境和参数的确定50-51
• 4.4.1 试验转速的确定50
• 4.4.2 截尾时间的确定50-51
• 4.4.3 试验条件的选择51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 试验数据的处理与结果分析52-60
• 5.1 轴承失效判定52-54
• 5.1.1 试验轴承的失效特征52-53
• 5.1.2 滚动轴承疲劳寿命试验数据53-54
• 5.2 Miner修正系数估算54-57
• 5.2.1 试验轴承的疲劳寿命计算54-57
• 5.2.2 Miner修正系数57
• 5.3 试验结果分析57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 附录A 最佳线性估计用表(部分〕65-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

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