大型风电机组主轴轴承故障分析及疲劳寿命数值模拟

【摘要】：随着传统能源日益枯竭和污染日益加重,风能作为一种绿色能源受到普遍重视。而当前多数风力发电机组具有较高故障率,降低了运行可靠性,其中,主轴轴承疲劳所引起的破坏性故障损失较大。主轴轴承多为双列调心滚子轴承。采用计算机数字模拟技术,对风机主轴轴承进行了寿命预测分析,了解失效机理,为台架试验提供了一定的理论依据,对预测其故障的发生有着非常重要的意义。本论文主要有以下几方面内容: 首先,分析了风力发电机主轴轴承的工作特点、主轴轴承的故障类型以及故障原因。通过分析,由交变载荷所引起的接触疲劳是风机主轴轴承故障的重要原因,并对计算疲劳寿命的方法和理论进行了分析和研究。 对风力发电机所受载荷的分类和来源进行了分析,由空气动力学入手,对额定风速下风机的风轮和叶片的载荷进行了研究,对风机传动链中的主轴进行抽象简化,根据贝茨理论以及叶素理论等,推导出风机主轴承所受的轴向载荷和径向载荷。 应用有限元分析软件,考虑了轴承的过盈装配的影响,对风机主轴轴承进行建模和静力学应力分析,确定了主轴轴承的最大等效应力和接触应力的位置以及大小。以主轴轴承有限元分析得到的应力结果为条件,采用名义应力法和线性疲劳累积损伤理论,对风机主轴轴承进行了寿命预测,仿真结果得出了主轴轴承疲劳强度薄弱处以及疲劳寿命。 【关键词】：风力发电机 调心滚子轴承 载荷 数值模拟 疲劳寿命
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315;TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 风能是解决能源危机的重要方案10-12
• 1.2 在线故障诊断与维护技术需求的急迫性12-13
• 1.3 风电机组主轴轴承故障分析及疲劳寿命数值模拟重要意义13-14
• 1.4 国内外研究现状14-17
• 1.5 本文的研究对象及研究内容17-19
• 1.5.1 研究对象17
• 1.5.2 研究内容17-19
• 第2章 主轴轴承故障分析及疲劳寿命分析理论19-30
• 2.1 主轴轴承的故障形式和故障原因19-20
• 2.2 滚动轴承疲劳失效形式和影响因素20-22
• 2.2.1 疲劳失效形式简析20-21
• 2.2.2 疲劳失效的影响因素21-22
• 2.3 基于有限元的疲劳寿命预测的理论依据22-29
• 2.3.1 材料疲劳特性22-24
• 2.3.2 疲劳寿命分析方法24-27
• 2.3.3 疲劳累积损伤理论27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 风力发电机主轴轴承的载荷分析30-39
• 3.1 风机主轴及其支承轴承30-31
• 3.2 风机载荷的种类和来源31-32
• 3.3 风力的基本理论32-35
• 3.3.1 贝兹(Betz)理论32-33
• 3.3.2 叶素理论33-35
• 3.4 风机主轴承受力分析35-38
• 3.4.1 轴向力的推导35-36
• 3.4.2 轴承所受径向载荷36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 风机主轴承受力状态数值模拟39-52
• 4.1 结构有限元分析方法简介39-41
• 4.2 轴承受力有限元分析模型41-42
• 4.2.1 接触问题41
• 4.2.2 基于ABAQUS 的轴承有限元接触分析模型41-42
• 4.3 轴承接触分析的力学建模42-47
• 4.3.1 接触求解假设42-43
• 4.3.2 主轴轴承受力建模43-47
• 4.4 数值模拟结果分析47-50
• 4.5 本章小结50-52
• 第5章 风机主轴承的疲劳寿命分析52-60
• 5.1 疲劳分析工具简介52-54
• 5.2 主轴轴承疲劳寿命计算54-57
• 5.2.1 有限元应力分析结果的导入54-55
• 5.2.2 轴承载荷参数设定55-56
• 5.2.3 材料疲劳属性定义56
• 5.2.4 求解参数设置56-57
• 5.3 风机轴承疲劳结果分析57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研项目与主要成果65-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

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