风电轴承热处理过程残余应力的数值模拟

摘要

随着中国风电产业的快速发展，相关配套轴承也得到了较快发展，近年来国产风电轴承的质量有了很大提升，但在其材料热处理、承载能力及使用寿命方面与国外先进水平仍有较大差距。偏航轴承是风电设备的关键部件，为大型重载轴承，使用环境恶劣。工件的工作条件越恶劣，对轴承材料和热处理工艺的要求也越高。热处理作为材料加工过程的后部工序，对零件的性能和质量起着重要的作用。在同样的选材条件下，如果选择较好的热处理工艺，能够产生合理的应力分布,减小不均匀变形，延长使用寿命。
　　本文首先以四点接触球式偏航轴承为研究对象，利用有限元分析软件Deform，建立合适的有限元模型，模拟轴承外圈在不同热处理工艺过程中的温度场、组织场以及应力场三场耦合的变化分布情况，对比分析不同热处理工艺工件内温度场变化，得到了特征点在不同冷却方式下的冷却曲线。详细分析了热处理过程中工件内的组织转变，得到各个时刻工件组织成分在截面上的分布情况。考虑组织应力的影响，分析了轴承外圈在热处理过程中瞬时应力的变化情况，分析是否存在瞬时应力过大的可能性，得到了工件在淬火后残余应力场的分布情况。
　　然后，通过42CrMo小型试件热处理工艺实验，重点选取油淬和空冷两种冷却方式进行冷却曲线测试，对比分析数值模拟结果与通过实验得到的结果，从而验证有限元模型，证明模型的可靠性。
　　该数值模型对研究和分析偏航轴承外圈任一时刻、任一位置的温度、组织和应力的变化情况和进一步分析轴承的淬透层深度、预报产品的组织性能、分析最终残余应力的分布等方面有着重要的实践指导意义，为偏航轴承制定合理的热处理工艺提供了理论依据。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 风电偏航轴承

1.3 偏航轴承套圈的热处理

1.4 热处理过程的数值模拟研究

1.5 本文的主要研究内容

第2章 淬火过程数值模拟的有限元理论

2.1 温度场的数学模型

2.2 组织场的数学模型

2.3 应力场的数学模型

2.4 本章小结

第3章 42CrMo钢轴承外圈淬火过程的数值模拟

3.1 42CrMo钢材料的基本参数

3.2 DEFORM软件简介

3.3 42CrMo钢轴承外圈模型建立及边界条件

3.4 淬火工艺的数值模拟

3.5 本章小结

第4章 42CrMo试件淬火实验研究

4.1 冷却曲线测试

4.2 实验结果与模拟结果对比分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢