论文总字数：24296字

摘 要

随着风能越来越受到人们的关注，风电产业也在不断的成长壮大，风电轴承作为风电机组的关键零部件，同时也是容易损坏的部位，因此对于风电轴承的设计是非常的必要。

本论文主要对2MW风力发电机组大型轴承进行结构设计与强度校核。首先对风电轴承的研究背景、国内外研究现状进行介绍。基于轴承设计手册和轴承承载能力曲线图，对偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承进行选型和尺寸结构参数的计算；然后校核轴承的动态寿命及静承载能力。简介SolidWorks三维制图软件的优点及主要功能；基于SolidWorks三维制图软件中的零件设计与装配功能，对轴承进行了三维建模；利用SolidWorks的有限元分析功能对轴承的滚道进行静应力分析，分析在受到轴向力和径向力的作用时，应力在滚道表面的分布。

关键词：风电轴承 结构设计 三维建模 有限元分析

Abstract

With people pay more attention to the wind energy , wind power industry is also growing and growing, wind power bearing as a key component of wind turbines, but also easy to damage, so the design of wind power bearings is very necessary.

In this paper, the structural design and strength checking of large bearings of 2MW wind turbines are mainly carried out. First of all, the research background of wind power bearing, domestic and foreign research status is introduced. Based on the bearing design manual and bearing bearing capacity curve, the yaw bearing, pitch bearing, spindle bearing selection and size structure parameters of the calculation; and then check the bearing dynamic life and static carrying capacity. This paper introduces the advantages and main functions of SolidWorks 3D graphics software. Based on the design and assembly function of SolidWorks 3D drawing software, the three-dimensional modeling of the bearings is carried out. The static stress analysis and analysis of the raceway of the bearing are carried out by using the finite element analysis function of SolidWorks When subjected to axial and radial forces, the stress is distributed on the raceway surface.

Key words: wind power bearing; structural design; 3D modeling; finite element analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1风力发电机组大型轴承设计的研究背景 1

1.2风力发电机组大型轴承设计的国内外研究现状 2

1.3课题研究的内容 2

第二章 偏航轴承结构设计与强度校核 4

2．1偏航轴承尺寸设计 4

2.1.1 钢球直径计算 4

2.1.2 钢球中心圆直径计算 4

2.1.3 钢球数目计算 5

2.1.4 沟道曲率半径计算 5

2.1.5 接触角得选择 5

2.1.6 沟底直径的计算 5

2.1.7 内外圈挡边直径计算 6

2.1.8 外载荷的确定 6

2.2偏航轴承校核 6

2.2.1偏航轴承动态寿命计算 6

3.2.2偏航轴承静载能力校核 8

2.3材料与热处理 10

2.4润滑与防腐处理 10

2.5经济分析 10

2.6本章小结 11

第三章 变桨轴承结构设计与强度校核 12

3．1变桨轴承尺寸设计 12

3.1.1 钢球直径计算 12

3.1.2 钢球中心圆直径计算 12

3.1.3 钢球数目计算 13

3.1.4 沟道曲率半径计算 13

3.1.5 接触角得选择 13

3.1.6 沟底直径的计算 13

3.1.7 内外圈挡边直径计算 14

3.1.8 外载荷的确定 14

3.2变桨轴承校核 14

3.2.1变桨轴承动态寿命计算 14

3.2.2变桨轴承静载能力校核 17

3.3材料与热处理 18

3.4润滑与防腐处理 18

3.5经济分析 19

3.6本章小结 19

第四章 主轴轴承结构设计与强度校核 20

4．1主轴轴承尺寸设计 20

4.1.1 滚动体直径计算 20

4.1.2 滚子长度的计算 20

4.1.3轴承壁厚的约束条件及计算 21

4.1.4轴承外圈滚道直径的约束条件及计算 21

4.1.5接触角的计算 21

4.1.5滚子数目的计算 21

4.1.6曲率半径计算 21

4.1.7外圈的结构设计计算 22

4.1.8 内圈的结构设计计算 22

4.1.9活动中挡圈的设计计算 23

4.1.10保持架的结构设计计算 23

4.1.11外载荷的计算 24

4.2主轴轴承校核 26

4.2.1主轴轴承的寿命计算 26

4.3材料与热处理 27

4.4润滑与防腐处理 28

4.5经济分析 28

4.6本章小结 28

第五章 三维建模与有限元分析 29

5.1 SolidWorks软件简介 29

5.2偏航轴承三维建模与有限元分析 29

5.2.1三维建模 29

5.2.2偏航轴承有限元分析 30

5.3变桨轴承三维建模与有限元分析 32

5.3.1三维建模 32

5.3.2变桨轴承有限元分析 32

5.4主轴轴承三维建模与有限元分析 34

5.4.1三维建模 34

5.4.2主轴轴承有限元分析 35

5.5本章小结 37

第六章 总结 38

参考文献 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1风力发电机组大型轴承设计的研究背景

风能作为可再生绿色能源受到世界各国的高度关注,近年来风力发电技术朝大型化、商品化、实用化、集群化方向发展,发电成本持续下降,产业不断成长壮大^[1]。近十几年中国风电装机容量迅猛增加,年增长率超过46%^[2]，详细见图1-1。

图1-1：全国总装机容量/MW

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