風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭連接螺栓的計(jì)算方法，屬于涉及風(fēng)電機(jī)組大型結(jié)構(gòu)螺栓強(qiáng)度性能的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]偏航軸承是風(fēng)電機(jī)組的重要部件之一，當(dāng)外部風(fēng)況發(fā)生變化時，電機(jī)會通過偏航軸承帶動機(jī)艙實(shí)施偏航。因此，偏航軸承的連接螺栓是風(fēng)電機(jī)組最重要的連接螺栓，它的強(qiáng)度性能的準(zhǔn)確性決定了整個風(fēng)電機(jī)組的安全性。
[0003]在關(guān)于偏航軸承連接螺栓的安全性能評價的現(xiàn)有技術(shù)中，一些常規(guī)的工程計(jì)算方法很難達(dá)到實(shí)際工程需要的精度。因此采用有限元分析法可以通過建立有限元模型，計(jì)算出精確的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并得到可靠性高的強(qiáng)度性能。但是，現(xiàn)有的有限元模型結(jié)構(gòu)較為簡單，各個部件間力矩的傳遞考慮不全面，建立的載荷傳遞路徑不完整，導(dǎo)致模型剛度與實(shí)際剛度出現(xiàn)差異，出現(xiàn)偏航軸承螺栓的強(qiáng)度性能和實(shí)際不符的情況。
[0004]目前，關(guān)于對偏航軸承連接螺栓強(qiáng)度性能的研究，如《軸承》2010年第5期發(fā)表《偏航軸承壽命及螺栓強(qiáng)度校核實(shí)例》的文章中，介紹了對偏航軸承連接螺栓強(qiáng)度性能的計(jì)算方法，該方法也是利用有限元構(gòu)造模型。建立有限元模型且利用模型對機(jī)械強(qiáng)度性能等參數(shù)分析是現(xiàn)有技術(shù)一種常用的技術(shù)手段。但是，該論文的方案模型構(gòu)造簡單，只考慮到風(fēng)電機(jī)艙和塔架對螺栓強(qiáng)度性能的影響，構(gòu)造的載荷傳遞路徑不完整，計(jì)算螺栓的強(qiáng)度性能也不夠準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓極限強(qiáng)度的計(jì)算方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓的載荷傳遞路徑不完整，導(dǎo)致計(jì)算強(qiáng)度性能不準(zhǔn)確的問題。同時，本發(fā)明還提供了一種風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法。
[0006]—種風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓極限強(qiáng)度的計(jì)算方法，其包括如下步驟:
[0007]步驟(一)、利用有限元軟件，對螺栓涉及的載荷傳遞路徑上的設(shè)備的三維幾何模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和裝配，建立有限元模型，以實(shí)現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實(shí)際相符，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:齒輪箱箱體、主機(jī)架、塔筒、偏航軸承、偏航軸承連接螺栓；
[0008]步驟(二 )、對模型施加不同工況的極限載荷，將模型提交給有限元分析軟件進(jìn)行求解，計(jì)算螺栓在不同極限載荷工況下各角度的拉應(yīng)力，根據(jù)扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力提取螺栓最大等效應(yīng)力，結(jié)合螺栓的屈服強(qiáng)度計(jì)算螺栓的極限強(qiáng)度。
[0009]進(jìn)一步的，步驟(一)所述的偏航軸承通過LinklO單元來模擬，實(shí)現(xiàn)偏航力矩的傳遞，關(guān)鍵字設(shè)置LinklO單元受壓不受拉，并對螺栓添加預(yù)緊單元。
[0010]進(jìn)一步的，步驟(一)所述載荷傳遞路徑上的設(shè)備還包括:剎車盤、剎車片、塔頂法蘭、齒輪箱主軸承、載荷傘、偏航齒輪箱、彈性支承。
[0011]進(jìn)一步的，步驟(一)所述的偏航軸承連接螺栓利用梁單元來模擬，梁單元的一端與墊片通過載荷傘連接來模擬墊片的壓緊作用，另一端與主機(jī)架或塔頂法蘭通過載荷傘連接來模擬螺紋作用。
[0012]進(jìn)一步的，步驟(一)所述，其中偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭之間按摩擦接觸處理，其余部件按綁定處理，邊界約束條件設(shè)置為塔底全約束。
[0013]本發(fā)明還提供一種風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法，包括如下步驟:
[0014]步驟(一)、利用有限元軟件，對螺栓涉及的載荷傳遞路徑上的設(shè)備的三維幾何模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和裝配，建立有限元模型，以實(shí)現(xiàn)載荷傳遞路徑完整且與實(shí)際相符，上述載荷傳遞路徑上的設(shè)備至少包括:齒輪箱箱體、主機(jī)架、塔筒、偏航軸承、偏航軸承連接螺栓；
[0015]步驟(二 )、對模型施加不同工況的疲勞載荷，將模型提交給有限元分析軟件進(jìn)行求解，計(jì)算螺栓在不同疲勞載荷工況下各角度的拉應(yīng)力，建立螺栓的載荷-應(yīng)力關(guān)系曲線，結(jié)合載荷譜和材料的S-N曲線得到疲勞強(qiáng)度。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(一)所述的偏航軸承通過LinklO單元來模擬，實(shí)現(xiàn)偏航力矩的傳遞，通過關(guān)鍵字設(shè)置LinklO單元受壓不受拉，并對螺栓添加預(yù)緊單元。
[0017]進(jìn)一步的，步驟(一)所述載荷傳遞路徑上的設(shè)備還包括:剎車盤、剎車片、塔頂法蘭、齒輪箱主軸承、載荷傘、偏航齒輪箱、彈性支承。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(一)所述的偏航軸承連接螺栓利用梁單元來模擬，梁單元的一端與墊片通過載荷傘連接來模擬墊片的壓緊作用，另一端與主機(jī)架或塔頂法蘭通過載荷傘連接來模擬螺紋作用。
[0019]進(jìn)一步的，步驟(一)所述，其中偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭之間按摩擦接觸處理，其余部件按綁定處理，邊界約束條件設(shè)計(jì)為塔底全約束。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0021]以往建立的偏航軸承連接螺栓模型的結(jié)構(gòu)簡單，對于影響偏航軸承螺栓的強(qiáng)度性能因素考慮不全面，僅考慮將塔頂載荷施加到主機(jī)架上，這樣做不僅容易引起應(yīng)力集中，也不符合載荷的傳遞路徑。本發(fā)明增加了偏航軸承和齒輪箱的模擬方法，將傳遞載荷通過主軸承傳遞給齒輪箱，齒輪箱通過彈性支撐傳遞給主機(jī)架，主機(jī)架通過螺栓傳遞給偏航軸承內(nèi)圈，偏航軸承內(nèi)圈傳遞給外圈，在傳遞給塔筒，構(gòu)成了一個完整的載荷傳遞路徑，使得計(jì)算強(qiáng)度性能準(zhǔn)確。
[0022]對以往偏航力矩的傳遞主要是通過主機(jī)架和偏航軸承內(nèi)圈的綁定來實(shí)現(xiàn)，或者對此影響因素不給予考慮，計(jì)算偏航軸承連接螺栓強(qiáng)度性能的精度不高。本發(fā)明增加了偏航力矩的模擬方法，通過偏航齒輪箱和偏航軸承外圈之間建立受壓不收拉的LinklO單元，從而增強(qiáng)了偏航軸承連接螺栓的準(zhǔn)確性，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全性。
[0023]本方法對螺栓選擇了模擬梁單元，梁單元的一端與墊片通過載荷傘連接來模擬墊片的壓緊作用，另一端與主機(jī)架或塔頂法蘭通過載荷傘連接來模擬螺紋作用。這樣和實(shí)際的偏航軸承螺栓的情況更加相符。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭連接螺栓的計(jì)算方法的計(jì)算模型示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭連接螺栓的計(jì)算方法的偏航軸承與螺栓部分計(jì)算模型示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述偏航軸承與主機(jī)架和塔頂法蘭連接螺栓的計(jì)算方法的偏航齒輪箱部分計(jì)算模型示意圖；
[0027]圖中:1.齒輪箱箱體，2.主機(jī)架，3.偏航軸承內(nèi)圈，4.偏航軸承外圈，5.剎車盤，6.剎車片，7.塔頂法蘭，8.塔筒，9.齒輪箱主軸軸承一，10.齒輪箱主軸軸承二，11.載荷傘，12.偏航軸承與主機(jī)架連接螺栓，13.偏航軸承與塔頂法蘭連接螺栓，14.偏航軸承滾珠，15.偏航齒輪箱，16.Link 10單元，17.Beaml88單元。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0029]風(fēng)機(jī)偏航軸承連接螺栓極限強(qiáng)度計(jì)算方法實(shí)施例:
[0030]I)如圖1-3所示，在制圖軟件(如CAD)上對風(fēng)機(jī)的齒輪箱箱體1、主機(jī)架2、偏航軸承內(nèi)圈3、偏航軸承外圈4、剎車盤5、剎車片6、塔頂法蘭7、塔筒8、齒輪箱主軸軸承一 9、齒輪箱主軸軸承二 10、載荷傘11、偏航軸承與主機(jī)架連接螺栓12、偏航軸承與塔頂法蘭連接螺栓13、偏航軸承滾珠14、偏航齒輪箱15、彈性之承建立幾何模型，利用有限元軟件對上述部件分別采用實(shí)體單元劃分網(wǎng)格，并進(jìn)行裝配，建立有限元模型，該模型的載荷傳遞路徑完整且與實(shí)際相符。
[0031]其中，齒輪箱體和主機(jī)架采用QT350，偏航軸承內(nèi)