风电主轴轴承试验机的设计分析

摘要

本文以MW级风电主轴轴承试验机为研究对象，旨在以满足企业技术要求、简化试验设备和成本为研究视角，通过分析厂家技术要求、试验轴承工况、搜集国内外优秀成功方案、分析各方案的利弊并改善总结、根据模块化设计方法和计算机辅助设计、确定适合的方案并进行计算分析验证、反复改善后得出试验机整机方案为主要研究方法，力图为我国MW级风电主轴轴承试验机的研制积累经验并完善试验资料。
　　结构设计采用经验设计与计算机辅助设计结合方法，采用合理的模型分割使整机模块化以便于设计;提出一种有效降低摩擦力的重载支承方式降低摩擦力约98％;经过多种方案对比得出同等空间下缩短力的传递路径能够有效的提高刚度的结论，最大变形量从1.162mm减少至0.115mm;采用对比分析法得出同样空间同等板厚情况下基座按照纵向拉伸结构方式比横向拉伸结构方式更稳定，刚度提高300倍。
　　本文使用有限元分析软件ANSYS Workbench对试验机对各零部件及整机进行有限元分析变形、应力、屈曲分析、结构拓补优化，结果均在许用范围内，整机各方向变形在1.26-6.2mm内，对试验轴承的最大影响为0.5mm。
　　液压系统设计根据加载要求进行计算，在此基础上设计液压回路并对元器件选型，加载方案采用液压加载，轴向加载工作载荷5-2450kN，径向加载工作载荷5-5150kN，轴向载荷调节精度位192N，径向载荷调节精度为162N。
　　测控系统设计根据加载系统、技术要求选择适合的传感器，根据各传感器、开关、按钮设计PLC接口电路，绘制PLC电气控制原理图和PLC外部接线图。
　　本试验机其设计与图纸已审核，结论已经通过有限元软件验证基本正确，本文可以供MW级主轴轴承试验机研制作参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国外发展状况

1．3 国内发展状况

1．4 本课题的主要研究内容

2 试验机总体方案设计

2．1 工况分析

2．2 试验机功能分析

2．3 试验机总体方案设计

3 试验机结构设计

3．1 整机结构设计

3．2 加载部分结构设计

3．2．1 轴系设计

3．2．2 轴向加载结构设计

3．2．3 径向加载结构设计

3．2．4 底座部分设计

3．3 支承系统

3．3．1 普通支承方式

3．3．2 一种重载支承方式

3．4 计算

3．4．1 驱动力矩计算

3．4．2 支承轴承计算

3．4．3 加载载荷计算

4 试验机有限元分析

4．1 需求及分析介绍

4．1．1 工程需求及软件介绍

4．1．2 软件计算分析理论

4．2 三维建模及分割

4．3 关键部件分析

4．3．1 轴向加载有限元分析

4．3．2 加载结构有限元分析

4．3．3 基座部分有限元分析

4．4 有限空间有效提高刚度的方法

4．5 非线性屈曲分析

4．6 结构拓补优化

4．7 整机主体变形及刚度分析

5 试验机液压系统

5．1 功能要求

5．2 加载系统计算

5．3 液压回路设计

5．4 液压元件选型

5．5 液压附件及压力计算

6 试验机测控系统

6．1 传感器选择与应用

6．2 控制要求

6．2．1 控制系统总体框图

6．2．2 液压系统控制要求

6．2．3 驱动系统控制要求

6．2．4 油缸移动控制要求

6．3 PLC电气控制

6．3．1 控制系统梯形图

6．3．2 PLC外部接口电路

6．4 数据处理

结论与展望

参考文献

附录

致谢

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