一种轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法技术

本发明专利技术涉及一种轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法，用于漆膜厚度的设计计算和漆膜喷涂厚度的实际控制，防止因漆膜厚度设计或控制不当而造成的漆膜破裂异响和摩擦系数下降而造成的重大事故的问题；漆膜厚度控制的计算步骤为：通过简单的公式计算amax；式中，S为栓接面的接触面积，N为栓接面的正压力，f为栓接面的摩擦系数，E为无机富锌漆的弹性模量，γ为无机富锌漆漆膜表面能密度，β为π，amax为“裂隙”特征长度，即漆膜厚度。本发明专利技术运用简单的公式就可以计算出无机富锌漆漆膜厚度，有效地防范因MW级风力发电机轮毂与主轴端面漆膜破裂异响而导致的高昂返修费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于风力发电技术 领域，也可用于桥梁、钻井平台等的无机富锌漆栓接表面漆膜厚度的计算。
技术介绍
兆瓦级风力发电机中，轮毂与主轴端面为了防腐、导电和保持足够的摩擦系数，目 前多数设计借用静载的桥梁设计中使用的无机富锌漆对轮毂与主轴端面进行喷涂。然而， 因兆瓦级风力发电机风轮总成旋转中存在较频繁的冲击载荷，如果喷涂无机富锌漆漆膜厚 度不当，会造成摩擦系数的下降，导致轮毂与主轴栓接端面不足以提供足够的摩擦力，进而 导致漆膜破裂和异响的频繁发生，当漆膜破裂到一定程度而达到粉碎状态时，就导致轮毂 与主轴端面联接失效和连接螺杆的疲劳剪断，从而，导致悬伸在80-100米高塔架外侧2米 左右的几十吨甚至上百吨的风轮总成的坠落的重大事故发生。研究轮毂与主轴端面喷涂无 机富锌漆漆膜厚度，对预防该类事故的发生有重要意义。但是目前并没有一个有效地分析 漆膜厚度的方法，进而无法有效预防因漆膜破碎而造成的重大事故。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，用于漆膜 厚度的设计计算和漆膜喷涂厚度的实际控制，防止因漆膜厚度设计或控制不当而造成的漆 膜破裂异响和摩擦系数下降而造成的重大事故的问题。 为实现上述目的，本专利技术的方案包括：一种轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分 析方法，包括以下步骤： 1)根据样件特征及试验测试数据确定栓接面接触面积、栓接面正压力及栓接面摩 擦系数值。 2)根据公式计算漆膜厚度值。 漆膜厚度值的计算步骤为： 2 .S*Il· 9y 米用计算公式：1=^7· ~^计算amax ; ^ \P*a,,,s 其中，S为栓接面的接触面积，N为栓接面的正压力，f为栓接面的摩擦系数，E为 无机富锌漆的弹性模量，Y为无机富锌漆漆膜表面能密度，β为n，amax为裂隙特征长 度，即满足要求摩擦力Ff =f·N的最大漆膜厚度。 2SIE·V 在计算漆膜厚度值的步骤之前，还包括以下步骤：在中代入已知 样件的s、N的标定值，然后结合a、f的测定值以及β的固定值，计算出无机富锌漆漆膜特 ，.S'I%y 性参数E·γ的值，将特性参数E·γ的值代入到计算公式+ 中。 Λ；V/y toon]本专利技术提供一种简单有效的分析轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜厚度的方法，通 过栓接面的接触面积，栓接面的正压力，栓接面的摩擦系数，无机富锌漆的特性参数等数 据，运用简单的公式就可以计算出无机富锌漆漆膜厚度，有效地防范因MW级风力发电机轮 毂与主轴端面漆膜破裂异响而导致的高昂返修费用。 【附图说明】 图1是本专利技术对喷涂富锌漆接触表面的凸凹部分按固体内原始裂隙处理的示 意图； 图2是本专利技术对栓接接触表面单元体通过莫尔作图法对三向应力计算的示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。 本专利技术的目的在于：针对MW级风力发电机轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜厚度 暂无设计计算方法以及无机富锌漆实际喷涂厚度让步监控的现实需求，提出一种轮毂与主 轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法，用于漆膜厚度的设计计算和漆膜喷涂厚度的让步计 算，防止因漆膜厚度设计或控制不当而造成的漆膜破裂异响和栓接面摩擦系数下降而造成 的重大事故的问题。 对于设计计算的依据，主要是通过保证一定的栓接面摩擦系数的前提下，寻找一 种栓接面间的漆膜厚度的工程计算方法，具体步骤如下： 本专利技术的基本理论假设是将栓接表面假设为连续均匀、各向同性的弹性固体，其 中接触表面的凸凹部分等效简化为固体内原始裂隙处理，如图1所示。等效裂隙的 特征尺寸为a，剪切摩擦力使得等效裂隙两侧受拉，裂隙扩展方向沿最大压应力方向 (即本实施方式中的漆膜厚度方向）扩展，因此，裂隙两侧材料有共同的特性，设其弹性 模量为E，本实施方式按含锌85%富锌漆的主要成分锌的弹性模量选取。 本专利技术中栓接面漆膜拉应力O1与剪切应力τ的关系，是依据材料力学中二向应 力圆莫尔作图法得到。方法如下：根据接触面上的摩擦力与正压力成正比的关系，设摩擦系 数为f，正压力为Ν，由栓接面螺栓的预紧力和螺栓个数决定栓接正压力N的大小，则摩擦力 f·'J Ff =f·Ν;由于摩擦力作用在栓接面接触面积S上，则栓接面受到的剪切应力T 由 材料力学中二向应力圆莫尔作图法，如图2所示，可知剪切应力在栓接平面内沿45°方向 f . V 可分解为纯拉应力σ=7 = ￡__:_:!,,,,,,和压应力A=-γ= - S 一。 本专利技术中摩擦系数f计算公式是依据断裂力学中裂隙扩展与抑制的能量平衡 推导出来的。等效裂隙特征尺寸a受到拉应力产生的变形能U= 3s:和维持裂隙 特征尺寸a不扩展的裂隙表面能Us=2Y·a。相互作用而得到，裂隙特征尺寸a不扩 r\ |γ-τ 展的条件是Δυ=Us-U> 0,将上述公式代入整理后可得：?^+7·^--^一广。由此公式 Nyρ·α~ 可知，摩擦系数f在有栓接正压力N作用的情况下，和接触面积S、弹性模量E、等效裂隙 特征尺寸a、单位宽度上的裂隙表面能密度为γ(单位为J/m2)有关，其中表面能密度 Y，依据断裂力学的定义，是由裂隙受拉应力O1作用在形成过程中吸收的断裂键能（相当 于表面张力的维持能），在本专利技术的假设中，该裂隙表面能是富锌漆喷涂及成膜过程的 自然形成的，由于栓接面正压力的作用，裂隙表面尺寸a。增加，类似气球的挤压变形，表 面张力维持能Us= 2Y·a。(N)也将增加，由于a。彡a,a。=a。(N)，对上述公式可修订为 。取漆膜不破裂的临界条件AU=Us-U= 0,以及此时a、ac;(N)均可 N \ ρ·α~ 0 I/7 ? y 近似取最大值amax的条件，可得栓接面的摩擦系数，为叙述方便，以下简化 为I13其中，选β为常量，E·γ为无机富锌漆漆膜特性参数也可设为常量，公式可 进一步简化为Γ=Κ. -，其中K 本专利技术中，裂隙扩展方向沿最大压应力方向扩展，即漆膜厚度方向；等效裂隙 的特征尺寸是依据无机富锌漆由表及里的成膜特点，以及干膜后的无机富锌漆由于醇的挥 发及聚合物的收缩形成的多孔组织，最大孔深触及基体表面，因此最大孔深与漆膜厚度相 当，最大孔深就是能够稳定拉应力σ的等效裂隙特征尺寸a_，从而可以通过计算特征 尺寸得到漆膜厚度。 利用f=K·^^·，通过代入试验室测量的摩擦力Ff =f·Ν、接触面积S、漆膜厚 NVa 度a的已知测量值可计算无机富锌漆的特性参数K。 因弹性模量E、单位宽度上的裂隙表面能密度Y与无机富锌漆的选材和涂覆工 艺有关，均属于无机富锌漆的一种特性值，试验室中的接触表面的无机富锌漆弹性模量E1、 单位宽度上的裂隙表面能密度Y1，也应与设计的栓接面接触表面的无机富锌漆应具有 相当的弹性模量E2、单位宽度上的裂隙表面能密度Y2,因此，可保证无机富锌漆的特性 值E·Y近似，进而，得到恒定参数K。 之后，可根据不同设计要求的摩擦系数f、栓接正压力N、接触面积S三个变量以及 参数κ，将公式γ=ι< 转换为a=K2 · 进行漆膜厚度的计算。 NVaN-f- 例如：对风电齿轮箱轮毂与主轴端面涂富锌漆厚度要求，某国外知名公司有关专 家曾要求对喷砂处理（粗糙度RzSOym)要求喷涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：1)根据样件特征及试验测试数据确定栓接面接触面积、栓接面正压力及栓接面摩擦系数值；2)根据公式计算漆膜厚度值。

【技术特征摘要】
1. 一种轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括 以下步骤： 1) 根据样件特征及试验测试数据确定栓接面接触面积、栓接面正压力及栓接面摩擦系 数值； 2) 根据公式计算漆膜厚度值。2. 根据权利要求1所述的轮毂与主轴端面无机富锌漆漆膜的分析方法，其特征在于， 所述漆膜厚度值的计算步骤为： 采用计算公式：^amax; 其中，S为栓接面的接触面积，N为栓接面的正压力，f为栓接面的摩擦系数，E为无机 富锌漆...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄爱武，卓然，
申请(专利权)人：国家电网公司，许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11