风电转盘轴承微动损伤机理及其数值仿真

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微动磨损包括切向微动、径向微动、滚动微动和扭转微动四种运行模式。磨损行为在工业各个领域普遍存在,随着高科技领域对高精度、长寿命、高可靠性的要求,微动磨损对零部件的损坏日益凸现。对于风力发电机组而言,转盘轴承是其关键零部件之一,其性能和质量的好坏在很大程度上影响着风力发电机的运行状况,通常风电轴承要求可靠运行20年以上,传统转盘轴承的选型和设计方法不能满足风电转盘轴承的设计要求,风电转盘轴承的设计一般包括滚道、齿圈、安装螺栓等方面。研究表明转盘轴承的失效有98%以上是滚道失效,而风电转盘轴承在实际运行中,大多数时间是不转动,只有高出切入风速或低于切出风速时,才会发生转动。当轴承处于不转动状态时,轴承仍会受到叶片由于气流作用而产生的振动力,从而在滚道与滚珠之间产生微动磨损。因此,在设计和选用轴承的过程中,需要对轴承的性能和参数进行优化,以提高滚珠滚道之间抗微动摩擦性能。  本文在对风力发电机组转盘轴承结构和载荷特点进行深入分析和研究的基础上,对转盘轴承的接触角和曲率比进行了相应的优化分析。在有限元ABAQUS中建立三维球(GCr15轴承钢)/滚道(42CrMo钢)接触弹塑性有限元模型,通过改变滚珠与滚道接触时接触角和曲率比,实现球/滚道接触的径向和切向磨损模式。分别研究了不同接触角与曲率比对接触应力、相对滑移量、动力学曲线、塑性变形和接触状态等摩擦学关键参数的影响规律,并结合试验数据,对模型的结果进行了验证。研究获得的主要结论如下:⑴相同受力的情况下,随着接触角的增大,最大应力产生的区域增大,滚道的承载能力减小,径向的最大应力从滚道的次表层向表层移动,在表层出现应力集中,使滚道表层易发生剥落、磨损等情况,降低了滚道的使用寿命。⑵滚珠滚道曲率比增加,接触区域的径向变形增大,但不成线性关系,滚道承载能力减少,径向方向的应力基本不变,接触表面的最大应力点向接触中心偏移,形成应力集中区,易发生磨损。
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