风电轴承是风电机组的核心零部件,应用于主轴、叶片、变桨、偏航,主要类型有变桨轴承、偏航轴承、主轴轴承、发电机轴承、齿轮箱轴承等。其中变桨轴承作为连接叶片与轮毂的构件,也起到传递叶片载荷给轮毂的作用。变桨轴承安装于风机塔筒上,高度约为50到100m,轴承损坏导致停机的维修的难度巨大,费用也异常昂贵,加上停机导致的经济损失将远远超过轴承本身的价值。所以风电设备对于轴承的寿命与可靠性具有严格的要求,一般要求其使用寿命为20年。某风场风力发电设备中部分变桨轴承在使用两年后轴承外圈安装孔处产生裂纹,轴承拆卸检查发现,轴承套圈安装孔位置裂纹宽度约为5mm,其中外套圈部分固定螺栓有松弛情况,松弛角度为15°到20°左右。本文针对这一问题对于变桨轴承进行了以下几个方面的研究。(1)本文对于变桨轴承工作情况,运行特点,结构特点以及变桨轴承材料与热处理作了概述。对于变桨轴承整体建立力物理模型并求解,分析了变桨轴承在不同工作情况下轴承载荷分布情况,以及对于轴承承载能力的校核。(2)使用有限元建立了变桨轴承外套圈模型,将滚动体传递载荷使用参数化方法以力的形式加载到接触的位置,并改变约束条件计算轴承套圈在有无固定螺栓松弛的情况下安装孔位置的应力分布状态。描述了材料的疲劳性能,疲劳累积损伤理论以及材料的疲劳寿命分析方法,并对轴承套圈进行的疲劳分析得出了轴承套圈开裂的原因。(3)对于变桨轴承的固定螺栓组进行了分析,计算承受载荷最大的螺栓,并分别使用对于螺栓的强度进行了理论的研究以及有限元的模拟。将结果进行对比,分析了螺栓松弛原因。通过以上的研究主要得出了以下几个结论:(1)变桨轴承在承受联合载荷的作用下时,其中倾覆力矩的作用最为明显,其中越远离倾覆力矩作用线的滚动体承受载荷越大,滚动体传递载荷大小根据位置角呈现较为规律的正弦分布。对于轴承最大的接触应力进行求解,认为变桨轴承的承载能力满足工作的需求。(2)使用有限元改变约束条件计算得出固定螺栓的松弛对于轴承外套圈安装孔位置应力影响十分明显,在安装孔附近对称两颗螺栓松弛的情况下安装孔位置第一主应力达到了415.35MPa。使用ASME疲劳设计曲线对于轴承套圈在该应力水平下进行疲劳寿命的校核。定性的认为安装孔附近螺栓松弛导致的套圈承受的应力急剧增大是导致变桨轴承套圈开裂的原因。(3)对与变桨轴承固定螺栓分别进行了理论强度的计算以及有限元的模拟,对结果进行比较认为螺栓光杆部分静强度以及疲劳强度满足工作需求,螺栓根部螺纹部分超过材料的屈服极限,塑性变形的累积可能导致螺栓的松弛。