一种风电主轴轴承预紧量的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种风电主轴轴承预紧量的计算方法，包括如下步骤：步骤一，建立主轴轴承安装系统的三维数模；步骤二，根据步骤一中所建立的主轴轴承安装系统的三维数模建立有限元模型，得到网格模型；步骤三，按照部件之间的实际接触关系定义接触副；步骤四，计算主轴轴承在考虑热变形和轴承套圈、轴、壳体的变形下对预紧的影响；步骤五，采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线。本发明专利技术的风电主轴轴承预紧量的计算方法，采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线根据设计要求选择预紧范围的基础上考虑预紧的补偿量，准确计算主轴轴承所需预紧量的范围。量的范围。量的范围。

【技术实现步骤摘要】
一种风电主轴轴承预紧量的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种计算方法，更具体的说是涉及一种风电主轴轴承预紧量的计算方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求也在迅猛增长。而风能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越受到人们的重视。由于国家政策的大力支持，近几年风电机组的国产化程度逐渐提高。风电机组功率的逐渐增大使得机组内部结构件也越来越大，结构件的强度性能也愈发重要。其中风电主轴轴承是非常关键的一部分，由于载荷工况非常恶劣，通常都会采取施加预紧的方式进行安装，通常在计算轴承的预紧量时是采取计算预紧寿命曲线的方式来确定预紧范围，而主轴轴承所配合连接的轴和壳体以及轴承本身的套圈在施加预紧的时候会产生很大的变形，同时主轴轴承在工作中会产生高温同样会对轴承的变形产生影响，这样在设计前期仅仅通过理论计算轴承的预紧寿命曲线来确定预紧范围会产生很大的偏差。
[0003]目前现有技术中有采用获取三维数模，然后通过设置有限元模型的方式来实现轴承和轴承座耐久分析，如专利号为202211568753.3，名称为一种轴承和轴承座耐久分析方法的专利技术专利，便公开了上述方法，但是该方法主要应用于变速箱总成，无法很好的应用于风电机组主轴轴承的预紧寿命计算。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够有效的应用于风电机组主轴轴承的预紧量计算的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种风电主轴轴承预紧量的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0006]步骤一，建立主轴轴承安装系统的三维数模；
[0007]步骤二，根据步骤一中所建立的主轴轴承安装系统的三维数模建立有限元模型，得到网格模型；
[0008]步骤三，按照部件之间的实际接触关系定义接触副，施加载荷和边界条件；
[0009]步骤四，计算主轴轴承在考虑热变形和轴承套圈、轴、壳体的变形下对预紧的影响；
[0010]步骤五，采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线，之后选择预紧范围，并在选择预紧范围时考虑预紧的补偿量，最终计算得出主轴轴承所需预紧量的范围。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一建立的三维数模将主轴轴承分为前轴承和后轴承，分别包括轴承内圈、外圈和滚子，轴承外圈安装在风机系统壳体上，轴承内圈安装在风机系统主轴上，在后轴承内圈大端面还安装有挡圈。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤三定义的接触副为主轴轴承内圈与主轴配合面采用摩擦接触副，轴承外圈与壳体配合面采用摩擦接触副，滚子与轴承内圈和外圈之间的接触采用摩擦接触副，边界条件具体为对主轴与轮毂安装面进行全约束，在挡圈端面施加预紧位移，预紧位移的大小可设置为1mm，同时保证挡圈与主轴端面接触处预留间隙，所述载荷加载具体为在轴承套圈、壳体和轴上施加温度，温度大小根据实际应用环境确定。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四中计算主轴轴承在考虑热变形和轴承套圈、轴、壳体的变形下对预紧的影响的具体计算步骤如下：
[0014]步骤四一，选取前轴承外圈滚道和内圈滚道沿着滚子长度方向一排节点，生成path路径，基于path路径生成在总体坐标系下沿着轴承轴向方向的位移；
[0015]步骤四二，将前轴承外圈滚道和内圈滚道沿着滚子长度方向相对应节点的轴向位移相减，将前轴承内外圈滚道沿着轴向滚子长度方向的轴向位移差值绘制成一条曲线，同理绘制后轴承外圈滚道和内圈滚道沿着滚子长度方向相对应节点的轴向位移的相对位移曲线；
[0016]步骤四三，将前轴承和后轴承内外圈滚道的轴向相对位移量进行相加，即在挡圈位置施加预紧载荷下，且考虑热膨胀变形影响下轴承滚道的预紧变形，之后完成计算。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤五中采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线的具体步骤如下：
[0018]步骤五一，将主轴安装系统网格模型导入传动系统分析软件生成风机系统载荷传递路径的模型；
[0019]步骤五二，根据步骤五一生成的模型计算在不同的预紧下轴承的寿命，生成预紧寿命曲线；
[0020]其中，步骤五一中的模型为风机轮毂、主轴轴承、壳体、主轴和底座，在底座底面施加全约束，在轮毂中心施加疲劳载荷，同时还考虑主轴壳体自身的重量以及齿轮箱的重量。
[0021]本专利技术的有益效果，构建风机主轴轴承、风机轮毂、壳体、主轴和底座及其载荷传递路径的传动系统有限元模型，充分考虑主轴轴承与轮毂、壳体、轴及周边件在实际运行中的受力情况，形成了完整的载荷传递路径，可真实反映风机系统的变形，从而在考虑系统变形的影响下准确计算预紧寿命曲线，计算出预紧范围，再基于主轴轴承安装系统的有限元模型计算出由于主轴轴承套圈、壳体和主轴的变形及热膨胀影响下预紧补偿量，可以准确计算出较为准确的预紧范围。避免在实际应用中由于预紧不够而导致出现失效的风险。
附图说明
[0022]图1为本专利技术方法构建的三维数模示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合附图的实施例对本专利技术做进一步的详述。
[0024]如图1所示，本实施例的一种风电主轴轴承预紧量的计算方法，包括如下步骤：
[0025]步骤一，建立主轴轴承安装系统的三维数模；
[0026]步骤二，根据步骤一中所建立的主轴轴承安装系统的三维数模建立有限元模型，得到网格模型；
[0027]步骤三，按照部件之间的实际接触关系定义接触副，施加载荷和边界条件；
[0028]步骤四，计算主轴轴承在考虑热变形和轴承套圈、轴、壳体的变形下对预紧的影响；
[0029]步骤五，采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线，之后选择预紧范围，并在选择预紧范围时考虑预紧的补偿量，最终计算得出主轴轴承所需预紧量的范围，本实施例的计算方法，通过步骤一至步骤五的设置，便可有效的计算出主轴轴承所需预紧量的范围了，并且在计算的过程中利用了三维数模、有限元模型和接触副，因而能够更好的接近风电机组主轴承的市区级情况，有效的增加了最终预紧范围的准确性。
[0030]作为改进的一种具体实施方式，所述步骤一建立的三维数模将主轴轴承分为前轴承和后轴承，分别包括轴承内圈、外圈和滚子，轴承外圈安装在风机系统壳体上，轴承内圈安装在风机系统主轴上，在后轴承内圈大端面还安装有挡圈，通过上述方式的设置，便可有效实现三维数模模拟实际的风电机组主轴承。
[0031]作为改进的一种具体实施方式，所述步骤三定义的接触副为主轴轴承内圈与主轴配合面采用摩擦接触副，轴承外圈与壳体配合面采用摩擦接触副，滚子与轴承内圈和外圈之间的接触采用摩擦接触副，边界条件具体为对主轴与轮毂安装面进行全约束，在挡圈端面施加预紧位移，预紧位移的大小可设置为1mm，同时保证挡圈与主轴端面接触处预留间隙，所述载荷加载具体为在轴承套圈、壳体和轴上施加温度，温度大小根据实际应用环境确定，通过上述方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电主轴轴承预紧量的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，建立主轴轴承安装系统的三维数模；步骤二，根据步骤一中所建立的主轴轴承安装系统的三维数模建立有限元模型，得到网格模型；步骤三，按照部件之间的实际接触关系定义接触副，施加载荷和边界条件；步骤四，计算主轴轴承在考虑热变形和轴承套圈、轴、壳体的变形下对预紧的影响；步骤五，采用传动系统分析软件中的有限元模块计算轴承的预紧寿命曲线，之后选择预紧范围，并在选择预紧范围时考虑预紧的补偿量，最终计算得出主轴轴承所需预紧量的范围。2.根据权利要求1所述的风电主轴轴承预紧量的计算方法，其特征在于：所述步骤一建立的三维数模将主轴轴承分为前轴承和后轴承，分别包括轴承内圈、外圈和滚子，轴承外圈安装在风机系统壳体上，轴承内圈安装在风机系统主轴上，在后轴承内圈大端面还安装有挡圈。3.根据权利要求2所述的风电主轴轴承预紧量的计算方法，其特征在于：所述步骤三定义的接触副为主轴轴承内圈与主轴配合面采用摩擦接触副，轴承外圈与壳体配合面采用摩擦接触副，滚子与轴承内圈和外圈之间的接触采用摩擦接触副，边界条件具体为对主轴与轮毂安装面进行全约束，在挡圈端面施加预紧位移，预紧位移的大小可设置为1mm，同时保证挡圈与主轴端面接触处预留间隙，所述载荷加载具体为在轴承套圈、壳体和轴上施加温度，温度大小根据实际应用环境确定。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：童学根，谢辉，刘旭东，刘家林，
申请(专利权)人：上海人本集团轴承技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：