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随着经济的发展和石油、煤炭等生物质能源的减少,风能这种取之不尽用之不竭的资源得到了越来越多国家的重视,各国都已经推出相关政策鼓励建立风力发电场,目前建立兆瓦级风力发电机组已经成为风力发电的趋势。轴承作为风力发电机组的重要零部件,几乎存在于风力发电机组的各个部分,用于风机上的主要大型轴承有三种:主轴轴承、偏航轴承、变浆轴承。由于自动调心滚子轴承具有良好的抗偏斜能力和轴向承载能力,风机的主轴轴承大部分采用了这种类型的轴承。
轴承的寿命和应力大小密切相关,本文主要针对风机主轴轴承的应力分布和疲劳寿命展开研究。首先根据两弹性体的接触理论建立了轴承滚子、滚道的接触力学分析模型,编制相应的FORTRAN程序,并根据自动调心滚子轴承的特殊几何形状提出了一种新的表面轮廓修形方法-变曲率圆弧修形。通过将程序计算结果和赫兹理论作对比可以看出,无论是在正载工况下还是在偏载工况下程序计算结果都有较高的精度,因此证明了程序计算结果的正确性。正载情况下利用了两种方法来减少滚子、滚道的接触应力:修改滚子、滚道的密合度和变曲率圆弧修形。通过计算可以看出经过修改密合度可以降低最大接触应力,而采用变曲率圆弧修形得到的接触应力在轴向呈均匀分布,从而大大降低了轴承的最大接触应力,正载工况下载荷0.1Cr时可提高2.84倍,在偏载工况下提高了2.4~2.8倍。在偏载工况下首先计算了轴承的轴向承载能力,偏载工况下对风机主轴轴承的修形也采取了变曲率圆弧修形的方式,通过计算可以看出偏载下滚子边缘处的修形曲率要比滚子中间修形曲率半径值降低的快,这样就可以保证不会出现边缘应力集中,计算结果表明变曲率圆弧修形轴承也具有良好的抗偏斜能力。
通过对比L-P寿命理论、I-H寿命理论和Zaretsky寿命理论,综合考虑各个寿命理论的优缺点,选择用轴承行业内普遍采用的L-P寿命理论来对风机主轴轴承进行寿命计算,并在已有公式的基础上对寿命理论进行改进,得到了在偏载工况下变曲率圆弧修形风机主轴轴承的寿命公式。