風(fēng)電機(jī)組主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算方法研究

【摘要】：風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,主軸軸承是風(fēng)電機(jī)組中吸收葉輪氣動(dòng)載荷和傳遞功率的關(guān)鍵部件。目前有關(guān)主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究相對(duì)較少,難以準(zhǔn)確了解其內(nèi)部零部件的動(dòng)態(tài)性能,而主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能直接決定傳動(dòng)鏈的維護(hù)成本和風(fēng)電機(jī)組的傳遞效率,因此有必要對(duì)主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能進(jìn)行研究。本文以1.5MW風(fēng)電機(jī)組主軸軸承為研究對(duì)象,圍繞著在不同工況下和故障狀態(tài)下主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能仿真問(wèn)題開(kāi)展了研究工作,具體內(nèi)容和取得的研究結(jié)論包括:(1)建立了主軸軸承多剛體動(dòng)力學(xué)模型。以多體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),通過(guò)添加約束、載荷、驅(qū)動(dòng)等建立了主軸軸承多剛體動(dòng)力學(xué)模型。設(shè)置主軸軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為10r/s,將保持架轉(zhuǎn)速和滾子自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在ADAMS中的仿真值與利用滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算公式得出的理論值進(jìn)行對(duì)比,證明了所建立的主軸軸承多剛體動(dòng)力學(xué)模型的正確性。(2)對(duì)不同工況下主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究。利用STEP函數(shù)模擬主軸軸承三種代表性工況,即風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)至平穩(wěn)運(yùn)行階段、轉(zhuǎn)速突變階段和緊急剎車(chē)階段。并對(duì)三種工況下主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究。結(jié)果表明:緊急剎車(chē)階段滾子與內(nèi)外圈的最大接觸力和平均接觸力均最大;緊急剎車(chē)階段滾子與保持架的最大接觸力最大,轉(zhuǎn)速突變階段滾子與保持架的平均接觸力最大;緊急剎車(chē)階段主軸軸承轉(zhuǎn)動(dòng)中心處的運(yùn)動(dòng)范圍最大,引起的主軸軸承振動(dòng)和噪聲最大。(3)風(fēng)電機(jī)組額定風(fēng)速下,正常主軸軸承與點(diǎn)蝕故障和雜質(zhì)故障的動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間的差異分析。通過(guò)在主軸軸承外圈上模擬點(diǎn)蝕和雜質(zhì)故障,在ADAMS中建立了點(diǎn)蝕故障和雜質(zhì)故障主軸軸承動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)仿真計(jì)算,對(duì)比分析了風(fēng)電機(jī)組額定風(fēng)速下,正常主軸軸承和故障主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)比結(jié)果表明:點(diǎn)蝕和雜質(zhì)故障主軸軸承均會(huì)造成各零部件的加速度明顯增加,且點(diǎn)蝕故障對(duì)滾子加速度的影響較大,雜質(zhì)故障對(duì)內(nèi)圈和保持架的沖擊作用更為明顯。本文所做的研究工作,為主軸軸承的設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化提供了一定的參考依據(jù),對(duì)工程應(yīng)用有指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】：主軸軸承 動(dòng)力學(xué)模型 故障 動(dòng)態(tài)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM315;TH133.3
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 課題背景和意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 風(fēng)電機(jī)組主軸軸承研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 滾動(dòng)軸承動(dòng)態(tài)性能的仿真研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 與主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算相關(guān)的基礎(chǔ)理論簡(jiǎn)介18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 風(fēng)電機(jī)組葉片的基本理論18-22
• 2.2.1 動(dòng)量理論與貝茨極限18-21
• 2.2.2 葉素理論21-22
• 2.3 風(fēng)電機(jī)組主軸軸承配置方案22-23
• 2.4 風(fēng)電機(jī)組主軸軸承受力分析23-25
• 2.4.1 主軸軸承軸向載荷Fa的計(jì)算23
• 2.4.2 主軸軸承徑向載荷Fr的計(jì)算23-25
• 2.5 主軸軸承三維建模25
• 2.6 滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算理論25-26
• 2.7 討論與分析26
• 2.8 本章小結(jié)26-28
• 第3章 在ADAMS平臺(tái)上的主軸軸承多剛體動(dòng)力學(xué)模型的建立28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 ADAMS多體動(dòng)力學(xué)分析28-33
• 3.2.1 ADAMS動(dòng)力學(xué)建模方法28-30
• 3.2.2 ADAMS方程求解的一般方法30
• 3.2.3 ADAMS中的碰撞模型30-31
• 3.2.4 接觸碰撞模型的參數(shù)設(shè)置31-32
• 3.2.5 ADAMS中摩擦力的計(jì)算32-33
• 3.3 主軸軸承剛體動(dòng)力學(xué)模型的建立33-37
• 3.3.1 主軸軸承剛體樣機(jī)模型的建立33
• 3.3.2 運(yùn)動(dòng)約束的施加33
• 3.3.3 法向接觸力的定義33-36
• 3.3.4 主軸軸承動(dòng)力學(xué)仿真模型的驗(yàn)證36-37
• 3.4 仿真條件的確定37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第4章 三種工況下主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析39-49
• 4.1 引言39
• 4.2 三種工況下主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析39-47
• 4.2.1 工況條件模擬39-41
• 4.2.2 三種工況下主軸軸承動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果分析41-47
• 4.3 本章小結(jié)47-49
• 第5章 額定風(fēng)速下正常主軸軸承與故障主軸軸承動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析49-55
• 5.1 主軸軸承的故障分類(lèi)和原因49-50
• 5.2 主軸軸承故障類(lèi)型及工況的確定50
• 5.3 額定風(fēng)速下正常主軸軸承與故障主軸軸承的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析50-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 總結(jié)與展望55-57
• 總結(jié)55-56
• 展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 致謝61-62
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的科研成果目錄62-63
• 附錄B 參加科研項(xiàng)目情況63

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