风力发电机组四点接触球轴承力学性能及疲劳寿命研究

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。

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目录

1 绪 论

1.1课题研究背景

1.2四点接触球轴承简介

1.3国内外研究现状

1.4论文研究意义和主要内容

2 四点接触球轴承静力学分析及疲劳分析理论

2.1四点接触球轴承静力学分析

2.2疲劳寿命分析理论

2.3本章小结

3 四点接触球轴承力学性能有限元分析

3.1四点接触球轴承无螺栓有限元简化模型

3.2四点接触球轴承有螺栓有限元简化模型

3.3有限元简化模型精度验证

3.4螺栓预紧力对轴承载荷分布的影响

3.5本章小结

4 四点接触球轴承疲劳寿命分析

4.1四点接触球轴承有限元子模型

4.2有限元子模型精度验证

4.3滚道表面硬度对轴承寿命影响

4.4螺栓预紧力对轴承寿命影响

4.5本章小结

5 四点接触球轴承结构参数优化设计

5.1基于遗传算法的结构参数优化

5.2基于有限元算法的结构参数优化

5.3优化后轴承力学性能及疲劳寿命

5.4本章小结

6 结 论

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A.攻读硕士学位期间所发表的论文

B.攻读硕士学位期间参与的科研项目