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基于流变学的风电主轴轴承润滑特性分析及优化设计

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基于流变学的风电主轴轴承润滑特性分析及优化设计

作者：张海华北水利水电大学

学位级别：硕士

风电机组在运行过程中,主轴轴承常处于低转速、宽温、重载、振动、高湿度的环境,因而对润滑性能有着极高要求。而润滑脂的流变特性是评估风电主轴轴承润滑性能的关键指标,一方面,润滑脂的流变特性直接影响轴承的摩擦性能,进而影响轴承... 详细信息

风电机组在运行过程中,主轴轴承常处于低转速、宽温、重载、振动、高湿度的环境,因而对润滑性能有着极高要求。而润滑脂的流变特性是评估风电主轴轴承润滑性能的关键指标,一方面,润滑脂的流变特性直接影响轴承的摩擦性能,进而影响轴承的磨损和热量分布;另一方面,润滑脂在轴承内流动状态的稳定性也会受到流变特性的影响,进而影响润滑脂在轴承内的承载能力和润滑性能。因此研究润滑脂的流变特性对于优化润滑脂配方、提高润滑脂性能及减少轴承的磨损问题具有至关重要的意义。本文以风电主轴轴承和其润滑脂为研究对象。首先对轴承内润滑脂的流动情况进行了模拟仿真;其次对润滑脂的流变学行为展开了实验;最后依据上述模拟实验,优化了轴承的润滑特性。具体完成的工作和成果有:(1)以风电主轴轴承和其润滑脂为研究对象,对轴承常见的摩擦故障和润滑失效问题进行了探讨,以此为基础展开了对风电轴承润滑规律的探讨。(2)针对风电主轴轴承润滑问题,基于流体力学理论,建立了轴承的有限元模型,并利用FLUENT软件模拟轴承内润滑脂的流动情况。在模拟过程中,分析了不同因素对润滑脂流动的影响,并确定了影响润滑性能的主要因素,为优化润滑脂配方和提高轴承寿命提供了理论依据。(3)利用流变仪设备对风电用润滑脂的流变学行为进行了实验研究。分析不同温度下不同润滑脂的粘弹特性、流动特性以及粘温特性对轴承润滑的影响;在此基础上对润滑脂的流变学参数进行了研究,为风电主轴轴承的润滑提供了更加精细和科学的分析方法。(4)引入流变模型概念,拟合润滑脂的流变曲线和参数,获得润滑脂剪应力的计算方程;通过流变实验获得的润滑脂的流变参数对风电主轴轴承润滑特性进行了优化设计,利用遗传算法优化最小油膜厚度和轴承的额定动载荷,为进一步提高主轴轴承的润滑效果奠定基础。

关键词：风电主轴轴承 FLUENT流体仿真流变学实验润滑特性优化设计

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风电主轴轴承试验机技术研究

风电主轴轴承试验机技术研究

作者：赵铭大连交通大学

学位级别：硕士

风力发电作为新能源技术之一,相比于旧的发电形式更安全,改变了现有的能源结构,因此,世界各国都相继投入于风力发电机的试验研究。对于1.5MW以上的大功率配套轴承,因轴承产品尺寸增大,所带来的轴承设计、工艺、制造、检测、试验等技术... 详细信息

风力发电作为新能源技术之一,相比于旧的发电形式更安全,改变了现有的能源结构,因此,世界各国都相继投入于风力发电机的试验研究。对于1.5MW以上的大功率配套轴承,因轴承产品尺寸增大,所带来的轴承设计、工艺、制造、检测、试验等技术难题继而增多。国内轴承行业受限于不完善的试验标准、试验流程以及相对落后的产品开发理念影响,导致在产品开发阶段未同步进行轴承基础理论、检测试验方法的研究。因此,建立风力发电轴承基础理论,开发大型风力发电机专用轴承试验系统,逐步具备对1.5～3MW大型风力发电机专用轴承进行性能模拟试验、寿命试验的能力,对于我国风机轴承的技术发展具有重要意义。本文主要以研制大型专用风电主轴轴承试验系统为目的,组成大型风机轴承综合试验系统,形成大型风机轴承专用试验规范及大型轴承试验基础数据库,开展计算机仿真虚拟设计和优化分析,确定风力发电主轴轴承的载荷谱,形成具有自主知识产权的试验规范。通过有限元仿真的方法,首先通过三维软件建立试验系统的三维模型,通过对三维模型进行网格划分、施加边界条件和施加载荷工况,对风电主轴轴承试验系统进行了强度及变形进行了分析,得出试验装置的强度和变形都能够满足实际的试验条件;并分析试验机轴和箱体的模态振型、频率等结果,通过分析结果优化设计方案,避免一些设计上的缺陷。通过matlab综合统计分析相同机型、相同位置、相同型号轴承的载荷谱,根据轴承每一载荷或载荷段作用的时间比率,特别是研究载荷谱的峰值载荷、均值载荷、作用时间的联合概率密度分布,分析各轴承载荷谱对轴承强度和寿命可能产生的影响。将大量相似的轴承载荷谱归类整理成数量较少的典型轴承载荷谱,添加入原始资料数据库。使试验条件较大程度模拟风机主轴轴承实际运行工况,通过对主轴轴承的加载试验,以判断轴承的使用寿命及失效模式,为风电主轴轴承的产品设计优化及制造工艺控制提供强有力的数据支持,促进风电主轴轴承的精度提升,满足风电主轴轴承安全性、高可靠性、高使用寿命及恶劣环境适应性的需求,加速风电主轴轴承国产化的进程。

关键词：风电主轴轴承试验机仿真分析

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风电主轴轴承试验机的设计分析

风电主轴轴承试验机的设计分析

作者：钱雪大连理工大学

学位级别：硕士

本文以MW级风电主轴轴承试验机为研究对象,旨在以满足企业技术要求、简化试验设备和成本为研究视角,通过分析厂家技术要求、试验轴承工况、搜集国内外优秀成功方案、分析各方案的利弊并改善总结、根据模块化设计方法和计算机辅助设计、... 详细信息

本文以MW级风电主轴轴承试验机为研究对象,旨在以满足企业技术要求、简化试验设备和成本为研究视角,通过分析厂家技术要求、试验轴承工况、搜集国内外优秀成功方案、分析各方案的利弊并改善总结、根据模块化设计方法和计算机辅助设计、确定适合的方案并进行计算分析验证、反复改善后得出试验机整机方案为主要研究方法,力图为我国MW级风电主轴轴承试验机的研制积累经验并完善试验资料。结构设计采用经验设计与计算机辅助设计结合方法,采用合理的模型分割使整机模块化以便于设计;提出一种有效降低摩擦力的重载支承方式降低摩擦力约98%;经过多种方案对比得出同等空间下缩短力的传递路径能够有效的提高刚度的结论,最大变形量从1.162mm减少至0.115mm;采用对比分析法得出同样空间同等板厚情况下基座按照纵向拉伸结构方式比横向拉伸结构方式更稳定,刚度提高300倍。本文使用有限元分析软件ANSYS Workbench对试验机对各零部件及整机进行有限元分析变形、应力、屈曲分析、结构拓补优化,结果均在许用范围内,整机各方向变形在1.26-6.2mm内,对试验轴承的最大影响为0.5mm。液压系统设计根据加载要求进行计算,在此基础上设计液压回路并对元器件选型,加载方案采用液压加载,轴向加载工作载荷5-2450kN,径向加载工作载荷5-5150kN,轴向载荷调节精度位192N,径向载荷调节精度为162N。测控系统设计根据加载系统、技术要求选择适合的传感器,根据各传感器、开关、按钮设计PLC接口电路,绘制PLC电气控制原理图和PLC外部接线图。本试验机其设计与图纸已审核,结论已经通过有限元软件验证基本正确,本文可以供MW级主轴轴承试验机研制作参考。

关键词：风电主轴轴承试验机重载支承有限元

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风电主轴轴承试验机设计

哈尔滨轴承 2018年第2期39卷 25-27,33页

作者：田琳瓦房店轴承集团国家轴承工程技术研究中心有限责任公司辽宁瓦房店116300

为了满足风力发电机的使用要求,风电轴承出厂前需进行振动、温升、转速、回转灵活性等一系列相关检测,得到相关数据,为此,研究出一台风电主轴轴承试验机,满足了检测需要,保证了轴承质量。

关键词：风电主轴轴承试验机加载配合测试

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风电机组主轴用双列调心滚子轴承结构的优化设计

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轴承 2018年第6期 1-5页

作者：褚景春袁凌潘磊李少亮李英昌国电联合动力技术有限公司北京100089

针对双馈式风电机组用双列调心滚子轴承在使用过程中可能出现偏载的问题,对轴承结构进行改进。在保证轴承整体结构及尺寸不变的前提下,将轴承外圈滚道沿中心旋转2°,同时内圈滚道也做相应旋转。并将改进后结构的承载特性进行理论分析及... 详细信息

针对双馈式风电机组用双列调心滚子轴承在使用过程中可能出现偏载的问题,对轴承结构进行改进。在保证轴承整体结构及尺寸不变的前提下,将轴承外圈滚道沿中心旋转2°,同时内圈滚道也做相应旋转。并将改进后结构的承载特性进行理论分析及有限元法验证,改进后的结构有效地缓解了偏载问题。

关键词：双列调心滚子轴承风电主轴轴承承载特性结构改进

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风力发电机组双列圆锥滚子轴承载荷分布及寿命计算

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轴承 2018年第5期 1-6页

作者：李润林段博志杨明川邹荔兵贺小兵青海东方华路新能源投资有限公司西宁810000 明阳智慧能源集团股份公司广东中山528437

针对传统双列圆锥滚子轴承内部载荷计算模型中未考虑挡边变形、轴承径向游隙的问题,提出一种基于坐标向量模拟轴承内圈、滚子变形及接触点位置的方法,通过坐标变换来反映滚道与滚子接触变形,在模型中考虑了挡边变形、轴承游隙。通过建... 详细信息

针对传统双列圆锥滚子轴承内部载荷计算模型中未考虑挡边变形、轴承径向游隙的问题,提出一种基于坐标向量模拟轴承内圈、滚子变形及接触点位置的方法,通过坐标变换来反映滚道与滚子接触变形,在模型中考虑了挡边变形、轴承游隙。通过建立滚子和外圈的静力学平衡方程及变形方程求解滚道载荷分布情况,在此基础上给出了寿命计算方法。并以某风力发电机用双列圆锥滚子轴承为例分析,得到了载荷分布情况,该类轴承径向游隙为-0.18^-0.15 mm时寿命满足要求。

关键词：双列圆锥滚子轴承风电主轴轴承载荷分布寿命游隙

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