风力发电机用特大型双排四点接触转盘球轴承力学分析及优化设计

摘要

特大型双排四点接触球轴承以其独特的结构特点被广泛用于风力发电机变桨系统中，其工作特性及可靠性直接影响整个风力发电机的正常运行。风力发电机特殊的使用环境要求变桨轴承具有长寿命、高可靠性及低摩擦力矩，特大型双排四点接触球轴承的结构参数直接影响其载荷分布、寿命、承载能力及摩擦力矩。
　　基于赫兹接触和摩擦学理论，对特大型双排四点接触球轴承力学性能、承载能力、疲劳寿命、油膜厚度、结构优化、摩擦力矩进行了分析。并使用风电变桨轴承模拟试验机进行了摩擦力矩的试验验证。首先根据特大型双排四点接触球轴承的结构特点及受载情况建立轴承的力学分析模型，使用 ANSYS有限元分析软件分析了特大型双排四点接触球轴承最大接触应力，和数值计算结果进行了比较。根据 Lundberg-Palmgren理论，给出了特大型双排四点接触球轴承疲劳寿命的计算方法。建立了特大型双排四点接触球轴承的摩擦力矩计算模型。并分析了轴承结构参数对特大型双排四点接触球轴承接触载荷分布、最大接触应力、疲劳寿命、承载能力、油膜厚度及摩擦力矩的影响。然后根据遗传算法理论对轴承参数进行优化。最后通过试验值和计算结果对比，验证力学模型及轴承摩擦力矩计算方法的正确性。
　　结果表明：轴承结构参数影响轴承接触载荷分布、最大接触应力、轴承承载承载能力、轴承疲劳寿命、轴承最小油膜厚度及轴承摩擦力矩。随着轴承负游隙绝对值的增大，轴承最大接触应力及最大接触载荷先减小后增大；轴承原始接触角增大，轴承最大接触载荷及最大接触应力减小；轴承接触沟曲率半径系数增大，轴承最大接触载荷及最大接触应力增大。有限元计算轴承接触应力与数值计算方法进行比较，结果相差不大。轴承结构参数影响轴承承载能力，当轴承承受径向力为0 kN时，轴承游隙对轴承承载能力影响较小；随着沟曲率半径系数增大，承载能力减小；原始接触角增大，轴承承载能力增大。随着轴承承受径向力增大，轴承游隙及轴承沟曲率半径系数对轴承承载能力的影响趋势相同。轴承原始接触角对轴承承载能力的影响趋势不同。随着轴承负游隙绝对值的增大轴承疲劳寿命先增大后减小，摩擦力矩减小。随着轴承沟曲率半径系数的增大轴承疲劳寿命减小，摩擦力矩减小。随着轴承负游隙绝对值、沟曲率半径系数、原始接触角增大，轴承最小油膜厚度先增大后减小。

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3研究意义

1.4研究内容

第2章 特大型双排四点接触球轴承静力学分析及承载能力研究

2.1概述

2.2特大型双排四点接触球轴承静力学分析

2.3轴承结构参数对特大型双排四点接触球轴承接触载荷的影响

2.4特大型双排四点接触球轴承有限元分析

2.5特大型双排四点接触球轴承承载能力研究

2.6结论

第3章 特大型双排四点接触球轴承摩擦力矩及疲劳寿命计算

3.1概述

3.2特大双排四点接触球轴承润滑脂油膜厚度的计算

3.3特大型双排四点接触球轴承摩擦力矩的计算

3.4特大型双排四点接触球轴承寿命计算

3.5算例及结果分析

3.6结论

第4章 特大型双排四点接触球轴承结构参数优化设计

4.1概述

4.2特大型双排四点接触球轴承结构参数优化模型

4.3约束条件的建立

4.4遗传优化算法

4.5结果分析

4.6本章小结

第5章 特大型双排四点接触球轴承摩擦力矩试验验证

5.1试验目的

5.2试验装置与试验原理

5.3试验结果与计算结果的对比分析

5.4结论

第6章 结论

6.1结论

6.2创新点

6.3今后工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果