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摘 要

风电行业对于风电机组的使用寿命要求为20年，所以风电机组各部分的组成也要有相应的使用寿命。风机主轴轴承对风电机运行有着至关重要的影响，因此，通过三维建模和有限元分析，对风电机组主轴轴承进行静应力分析，对风电机组设备的研发、风力发电机组的工作稳定性具有重要意义。

本文主要内容有以下几个方面：

1. 首先，确定研究对象为单列圆柱滚子轴承，并确定其模型参数；
2. 其次，对选定的轴承进行建模并将其导入到ABAQUS中；
3. 最后，将导入的风机主轴轴承模型进行装配、定义材料、设置分析步、划分网格、定义接触、施加约束和载荷，并分析结果。

通过对风电机主轴轴承的建模及有限元分析，可以分析主轴轴承工作接触时应力最大值及应力分布，进一步分析风电机主轴轴承在实际工作中内外圈与滚子的接触应力规律，为风电机进一步的研究提供了良好的基础。

关键词:风机主轴轴承 三维建模 有限元分析

Three dimensional modeling and finite element analysis of wind turbine main shaft bearing

ABSTRACT

"GL Fan Certification Code" clearly stipulates the 20 years service life of wind turbine, so the composition of each component of wind turbine should also have 20 years service life. Fan spindle bearings have a vital impact on wind turbine operation. Therefore, static stress analysis of wind turbine spindle bearings through 3d modeling and finite element analysis is of great significance to the development of wind turbine equipment and the working stability of wind turbine units.

The main contents of this paper are as follows:

(1) Firstly, the research object is determined as single row cylindrical roller bearing, and its model parameters are determined;

(2) Second, model and import selected bearings Finite element software ABAQUS;

(3) Finally, the imported bearing model is assembled, the material is defined, the analysis step is set, the mesh is divided, contact is defined, constraints and loads are applied, and the results are analyzed.

Through the modeling and finite element analysis of wind motor spindle bearing, the maximum stress and stress distribution during the working contact of spindle bearing can be analyzed, and the contact stress law between inner and outer ring and roller of wind motor spindle bearing in actual work can be further analyzed, which provides a good foundation for further research of wind motor.

Keywords: Fan spindle bearing；3D modeling；Finite element analysis

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1轴承有限元分析研究现状介绍 2

1.2.2轴承工况分析现状介绍 2

1.2.3轴承优化研究现状介绍 3

1.3研究内容 3

1.4技术路线 4

第二章 风电机主轴轴承模型及建模方法介绍 5

2.1风电机主轴轴承分类 5

2.2风机主轴轴承及选定 5

2.2.1 3MW风电机主轴轴承厂家选定 5

2.2.2 3MW主轴轴承参数 6

2.3三维建模方法介绍 6

2.4小结 6

第三章 风电机主轴轴承三维建模 7

3.1建模软件SOLIDWORKS介绍 7

3.2内圈建模 7

3.3外圈建模 8

3.4滚动体建模 9

3.5小结 10

第四章 风电机主轴轴承静力学分析 12

4.1有限元软件ABAQUS介绍 12

4.2模型导入与建立 12

4.2.1模型导入 12

4.2.2材料定义 14

4.2.3分析步建立 15

4.2.4网格划分 16

4.2.5接触定义 19

4.3约束与载荷的施加 22

4.3.1约束的施加 22

4.3.2载荷的施加 23

4.4结果分析 24

4.5小结 27

第五章 经济性分析 28

结语 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1研究背景

人类从很早之前就已经懂得利用风能，几千年来，人们一直没有重视和利用发展风能资源^[1]。直到1973年化石能源危机开始，风能作为新能源得到人们的关注，在煤炭能源短缺和温室效应加剧的双重压力下得到大幅发展。风能是一种清洁无污染的可再生新型能源，具有很大的利用价值，特别是对生活水平落后，风能资源丰富的偏远山区、海边和边境地区的潜力。利用风能可以解决生产及生活的能源问题，缓解世界能源短缺的影响。当太阳光线照到地球表面时，不同地区的热量是不一致的，从而存在温度的不同，通过热量传递，导致大气对流产生风，所以风是一种自然现象。风能的大小与风速和空气的密度成正比^[2]。地球上的风资源总量约为2.7410MW，其中可利用的风能可达210MW，这相当于地球上可开发与利用的水能总量的10倍之余。风能丰富、几乎无穷无尽、分布广泛、使用清洁无污染且能减轻温室效应。

中国的风能资源储备十分丰富，理论储量达1.610KW，可开发利用的风能资源就有2.5310KW^[3]。由于国家对环境问题的重视和可再生能源的发展，我国这些年来风力发电正在稳步发展。上个世纪后半叶，我国将风电场列入建设计划。五年时间，我国已经有了19座风电场，总装机容量高达十六万千瓦，占全国电网总容量的0.08%，在第二个五年时间，我国又建成了21座风电场，新装机容量为二十二万千瓦，另有九万千瓦正在建设中。根据国内电力工程总装机容量计算达到3.510KW，其中包括风力发电在内新能源仅占0.8%，达到2.4510KW^[4]。

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