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风能作为一种绿色能源越来越多地受到世界各国的关注,成为可再生能源发展的重要方向。中国风能资源丰富,大力发展风力发电对调整能源结构、应对气候变化、促进经济社会可持续发展具有重要意义。位于西部地区的甘肃省是我国风能较丰富的省区之一,该地区风力特性使得风电机组必须保持平稳高效地频繁大角度偏航运行,故在设计阶段了解偏航轴承的运行状态具有重要意义,研究偏航轴承的静动态特性更成为风电机组设计中必须解决好的关键基础问题。 本文以风电机组偏航轴承为研究对象,根据偏航轴承的实际工况,采用将静力学分析结果作为瞬态动力学分析初始条件的处理办法,对偏航轴承静动态特性进行了研究。论文的主要研究工作如下: 1)对偏航轴承模型的建立与简化方法进行了探讨。利用其对称性,在不影响分析结果的前提下,对模型进行合理简化。以1.5MW风电机组偏航轴承为例,采用ANSYS软件模拟偏航轴承静态接触,给出了最大载荷滚动体的应力、变形云图,内外滚道的应力分布云图。利用赫兹接触理论计算了最大载荷滚动体上的最大接触应力和变形,与ANSYS仿真结果进行比较,误差在允许的范围内,说明偏航轴承有限元模型建立正确,验证了模型的简化方法是合理的,为后续研究奠定基础。 2)对影响偏航轴承运转过程的因素进行了分析。根据偏航轴承的实际工况,在静力接触分析的基础上,利用ANSYS软件对偏航轴承进行预应力模态分析,得到了偏航轴承前6阶的模态振型,并通过查看模态变形动画具体分析了各阶模态的振型,为进一步研究偏航轴承动态特性奠定基础。 3)在偏航轴承静力学分析和模态分析基础之上,采用完全法瞬态动力学分析方法,对外圈施加速度载荷,模拟其运转过程。重点讨论了滚动体与滚道的动态接触应力、动态响应,滚道的动态Mises应力。结果表明,滚动体的速度和加速度曲线呈现出很强的非线性,滚动体在不同时刻其应力分布状况各不相同,内外滚道的Mises应力曲线会呈现出小范围的波动。 本文所做的研究工作,为了解偏航轴承运转过程的动态特性提供了一定的理论参考依据,并为工程应用奠定了基础。