风电机组中主轴承轴套强度分析方法及过盈量分析方法技术

本发明专利技术公开一种风电机组中主轴承轴套强度分析方法及过盈量分析方法，该轴套强度分析方法步骤包括：1)基于有限元建模建立分析模型；2)建立过盈配合接触关系，并模拟轴套的边界条件对分析模型进行接触边界设置；3)施加载荷以及约束边界并进行有限元分析，得到轴套在载荷作用下的应力、与主轴的接触状态，由得到的应力、接触状态分析主轴承轴套强度；该过盈量分析方法对轴套强度进行分析，根据轴套强度分析结果判断轴套与主轴的过盈配合关系，若判断到不满足过盈配合关系，调整过盈量，直至满足过盈配合关系，得到最佳过盈量输出。本发明专利技术具有实现方法简单、能够真实反映轴套的受力、分析精度高以及过盈量设计合理等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大型风力发电机组设计
，尤其涉及一种风电机组中主轴承轴套强度分析方法及过盈量分析方法。
技术介绍
大型风力发电机组(2MW及以上机型)中主轴轴承作为支撑整个风电机组传动链的关键部件，其轴向定位的可靠性尤为重要，主轴承的轴向定位则均是采用轴套。早期的风力发电机组在运行过程中经常出现轴套打滑的情况，而轴套打滑后使得轴套和主轴相互磨损，一方面会造成漏脂，另一方面产生的铁屑会污染油脂，所以目前的大型风力发电机组在轴套的设计过程中，均是将轴套与主轴设计成过盈配合，有效的避免了轴套打滑，但是形成过盈配合之后，轴套的受力也变得复杂，尤其是在主轴发生变形时，轴套的受力主要是三个方面：一是轴套在轴向方向会跟随主轴发生弯曲变形产生弯曲应力；二是在端面将会与主轴轴承端面相互挤压形成挤压应力；第三是轴套与轴的过盈配合产生的接触应力。目前对大型风力发电机组中主轴承轴套强度的分析通常是采用工程算法，但是随着风力发电机组功率等级增大，载荷也越来越大，主轴在在载荷的作用下发生弹性变形是不可避免的，如上所述形成过盈配合后，主轴变形后轴套的受力将不再是单一均匀的载荷，而是力、力矩和接触三者共同作用的结果，采用工程算法既无法考虑主轴以及轴承刚度对轴套强度的影响，对接触应力的计算也过于简化，更无法模拟复杂的边界条件，因而不能反映轴套的真实受力情况，导致影响分析计算的精度。此外，采用工程算法时由于无法预判轴套在外载作用下与主轴的接触状态，因而过盈量的选取完全依靠经验，这也进一步加大了设计风险。综上所述，传统的工程算法已经不能满足大型风力发电机组中主轴承轴套的强度分析要求以及过盈量设计要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、能够真实反映轴套的受力且分析精度高的风电机组中主轴承轴套强度分析方法，以及设计实现简单、过盈量设计合理的风电机组中轴套过盈量分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种风电机组中主轴承轴套强度分析方法，步骤包括：1)模拟轴套的受力通过有限元建模建立包括轴套、主轴以及主轴承部件，以及前机架、轴承座、锁紧螺母和齿轮箱支撑座部件的分析模型；2)将所述分析模型中主轴与轴套之间建立过盈配合接触关系，并模拟轴套的边界条件对所述分析模型中各部件进行接触边界设置，得到边界设置后分析模型；3)对所述边界设置后分析模型施加载荷以及约束边界并进行有限元分析，得到轴套在载荷作用下的应力、与主轴的接触状态，由得到的所述应力、接触状态分析主轴承轴套强度。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进，所述步骤1)中建立分析模型的具体步骤为：建立包括轴套、主轴、主轴承部件，以及前机架、轴承座、锁紧螺母和齿轮箱支撑座部件的几何模型，并按照各部件之间的装配关系进行装配；对装配后形成的装配体进行网格划分后生成有限元模型，得到所述分析模型。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进，所述进行网格划分时，具体基于六面体单元对所述装配体中轴套的网格进行划分，并设置所述六面体单元为非协调单元；所述进行网格划分时，调整轴套与其他部件的接触位置处网格，使得所述接触位置对应的接触面的节点对齐。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进，所述步骤2)中建立过盈配合接触关系的具体步骤为：2.1)根据轴套的装配尺寸设定初始过盈量；2.2)基于设定的所述初始过盈量，将所述分析模型中主轴与轴套之间建立过盈配合接触关系，使得考虑轴套装配尺寸公差时主轴与轴套之间能够形成过盈配合。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进：所述步骤2)中进行接触边界设置，具体将前轴套圆柱面与主轴之间、后轴套圆柱面与主轴之间设置为过盈接触；将前轴套端面与主轴之间、前轴套端面与轴承内圈端面之间、后轴套端面与轴承内圈端面之间以及后轴套端面与锁紧螺母端面之间设置为标准接触；将轴承外圈与轴承座内圈之间、轴承内圈与主轴之间、轴承座与前机架之间以及锁紧螺母与主轴之间设置为绑定约束。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进，所述步骤3)的具体步骤为：3.1)第一载荷步：对所述边界设置后分析模型施加过盈配合接触载荷，并进行有限元分析，得到轴套在过盈配合作用时的应力、与主轴的接触状态；3.2)第二载荷步：在所述过盈配合接触载荷的基础上，对所述边界设置后分析模型施加轮毂中心极限外载，并进行有限元分析，得到轴套在过盈配合以及外载作用下的应力、与主轴的接触状态；3.3)由所述步骤3.1)、步骤3.2)得到的应力、与主轴的接触状态进行比较，得到轴套的应力、与主轴的接触状态的变化趋势，基于所述变化趋势分析得到轴承强度。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进，所述步骤3.2)中施加轮毂中心极限外载的具体步骤为：在轮毂中心建立目标节点，并将目标节点采用多点约束方式耦合到主轴的法兰面上，完成轮毂中心的加载。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进：所述步骤3)中施加约束边界具体为将分析模型中机架与偏航轴承内圈相接触面的所有节点设为全约束。作为本专利技术轴套强度分析方法的进一步改进：所述分析模型中主轴承的建模步骤为：根据主轴承圆柱滚子的刚度计算单元属性，并根据滚子数目设定单元数目，以及使用只受压不受拉的单元得到主轴承模型。本专利技术进一步提供一种风电机组中过盈量分析方法，步骤包括：按照上述主轴承轴套强度分析方法对轴套强度进行分析；根据轴套强度分析结果判断轴套与主轴的过盈配合关系，若判断到不满足过盈配合关系，调整所述边界设置后分析模型中过盈量，直至满足过盈配合关系，得到主轴与轴套之间的最佳过盈量输出。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术通过有限元建模建立分析模型，能够考虑整个系统刚度对轴套受力的影响，基于有限元模型模拟轴套的真实受力，同时基于有限元模型进行接触边界设置能够模拟出复杂边界条件，保证分析模型的真实性和可靠性，结合对模型施加载荷后分析得到的轴套应力、与主轴的接触状态，即可真实、有效的分析轴套强度，实现方法简单且轴套强度的分析精度高，基于轴套强度分析可以获取轴套在外载作用下与主轴的过盈配合状态，以及判断出是否会出现打滑的状况，从而实现对轴套过盈量设计以有效避免轴套打滑，提高风电机组运行的可靠性；2)本实施例进一步通过基于分析模型中各部件的实际接触关系进行接触边界设置，能够准确的定义各部件接触边界，从而准确的模拟轴套复杂的接触边界，提高分析模型的准确度；3)本专利技术进一步通过设置两个载荷步分别对应过盈配合、过盈配合时施加外载的状态，由两个载荷步分别分析得到过盈配合作用下轴套应力、接触状态，以及过盈配合作用时外载作用下应力、接触状态，从而基于轴套受力和接触状态在过盈配合以及外载作用下的变化趋势即可分析得到轴承强度，进一步可以为轴套过盈量的设计提供依据；4)本专利技术主轴承轴套强度分析方法对轴套强度进行分析后，基于轴套受力和接触状态的变化趋势即可判断过盈配合在外载作用下的变化，从而判断轴套过盈量选取是否合理，通过调整过盈量以及不同过盈量时轴套的接触状态，即可获取得到合理的过盈量，保证轴套与主轴之间良好的过盈配合关系，有效避免轴套打滑状况发生。附图说明图1是本实施例风电机组中主轴承轴套强度分析方法的实现流程示意图。图2是本实施例中轴套和轴承内圈网格划分结果示意图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于，步骤包括：1)模拟轴套的受力通过有限元建模建立包括轴套、主轴以及主轴承部件，以及前机架、轴承座、锁紧螺母和齿轮箱支撑座部件的分析模型；2)将所述分析模型中主轴与轴套之间建立过盈配合接触关系，并模拟轴套的边界条件对所述分析模型中各部件进行接触边界设置，得到边界设置后分析模型；3)对所述边界设置后分析模型施加载荷以及约束边界并进行有限元分析，得到轴套在载荷作用下的应力、与主轴的接触状态，由得到的所述应力、接触状态分析主轴承轴套强度。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于，步骤包括：1)模拟轴套的受力通过有限元建模建立包括轴套、主轴以及主轴承部件，以及前机架、轴承座、锁紧螺母和齿轮箱支撑座部件的分析模型；2)将所述分析模型中主轴与轴套之间建立过盈配合接触关系，并模拟轴套的边界条件对所述分析模型中各部件进行接触边界设置，得到边界设置后分析模型；3)对所述边界设置后分析模型施加载荷以及约束边界并进行有限元分析，得到轴套在载荷作用下的应力、与主轴的接触状态，由得到的所述应力、接触状态分析主轴承轴套强度。2.根据权利要求1所述的风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于，所述步骤1)中建立分析模型的具体步骤为：建立包括轴套、主轴、主轴承部件，以及前机架、轴承座、锁紧螺母和齿轮箱支撑座部件的几何模型，并按照各部件之间的装配关系进行装配；对装配后形成的装配体进行网格划分后生成有限元模型，得到所述分析模型。3.根据权利要求2所述的风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于：所述进行网格划分时，具体基于六面体单元对所述装配体中轴套的网格进行划分，并设置所述六面体单元为非协调单元；所述进行网格划分时，调整轴套与其他部件的接触位置处网格，使得所述接触位置对应的接触面的节点对齐。4.根据权利要求1或2或3所述的风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于，所述步骤2)中建立过盈配合接触关系的具体步骤为：2.1)根据轴套的装配尺寸设定初始过盈量；2.2)基于设定的所述初始过盈量，将所述分析模型中主轴与轴套之间建立过盈配合接触关系，使得考虑轴套装配尺寸公差时主轴与轴套之间能够形成过盈配合。5.根据权利要求4所述的风电机组中主轴承轴套强度分析方法，其特征在于，所述步骤2)中进行接触边界设置，具体将前轴套圆柱面与主轴之间、后轴套圆柱面与主轴之间设置为过盈接触；将前轴套端面与主轴之间、前轴套端面与轴承内圈端面之间、后轴套端面与轴承内圈端面之间以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洲，欧阳华，吕杏梅，钟杰，熊维军，宋力兵，申亮，夏俊怡，杨家春，杨胜，张奇虎，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43