本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

主軸是風(fēng)電機(jī)組的重要部件之一，在運(yùn)行過程中承受各種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)載荷，GL規(guī)范要求主軸必須滿足20年的使用要求，因此主軸的安全性是風(fēng)機(jī)安全性的重要內(nèi)容之一。常規(guī)的工程算法對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)考慮較少，這使得其計(jì)算精度難以保證，因此對(duì)此種結(jié)構(gòu)多采用有限元的辦法來計(jì)算。

目前采用有限元方法對(duì)主軸進(jìn)行極限和疲勞計(jì)算時(shí)，對(duì)主軸的結(jié)構(gòu)做了許多簡(jiǎn)化，沒有建立載荷傳遞路徑設(shè)置不完整，這使得模型中作用到主軸上的載荷與實(shí)際作用到主軸上的載荷存在差異，從而使得最終的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果不同；對(duì)主軸性能的評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果不能有效的指導(dǎo)工程應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確計(jì)算出風(fēng)機(jī)主軸實(shí)際性能的問題。

一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，分別建立風(fēng)機(jī)的整體幾何模型和主軸的子幾何模型，將其分別導(dǎo)入有限元軟件，對(duì)風(fēng)機(jī)和主軸中各部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并按照各部件實(shí)際的位置在有限元軟件中對(duì)各部分進(jìn)行裝配，建立風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限元模型；

(2)按照風(fēng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限元模型進(jìn)行設(shè)置；

(3)對(duì)風(fēng)機(jī)的整體有限元模型進(jìn)行單位工況下的計(jì)算；

(4)提取風(fēng)機(jī)整體有限元模型中的邊界位移載荷，對(duì)主軸子有限元模型進(jìn)行單位工況計(jì)算，得到主軸的極限和疲勞安全系數(shù)。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)機(jī)的整體幾何模型包括輪轂、主機(jī)架、主軸、齒輪箱箱體、彈性支承、主軸軸承、偏航軸承、剎車盤、剎車片、偏航齒輪箱、塔頂法蘭及塔筒的幾何模型。

進(jìn)一步的，所述對(duì)有限元模型和主軸子模型的單位工況計(jì)算，包括±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az的17種單位工況的計(jì)算。

進(jìn)一步的，主軸軸承的內(nèi)圈外圈和偏航軸承的內(nèi)圈外圈之間均通過Link10單元連接，Link10單元的截面尺寸根據(jù)滾球的實(shí)際數(shù)量、模擬數(shù)量和滾球的實(shí)際直徑而定；發(fā)電機(jī)彈性支撐單元通過Combine14單元進(jìn)行模擬，Combine14單元與發(fā)電機(jī)質(zhì)量單元之間通過剛性單元進(jìn)行連接；風(fēng)機(jī)的各部件之間的連接關(guān)系設(shè)置為綁定接觸。

進(jìn)一步的，所述主軸子模型的網(wǎng)格尺寸小于整體有限元模型的網(wǎng)格尺寸，并將軸肩、鍵槽及倒角位置的網(wǎng)格細(xì)化。

進(jìn)一步的，所述子模型的切割邊界分別位于輪轂、主軸承內(nèi)圈和齒輪箱箱體上。

進(jìn)一步的，齒輪箱扭矩的傳遞通過CE耦合的方式進(jìn)行模擬。

進(jìn)一步的，在所述主軸表面施加一層殼單元。

進(jìn)一步的，在輪轂中心建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與三個(gè)葉根面上的節(jié)點(diǎn)通過載荷傘進(jìn)行連接。

本發(fā)明所提供的一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，建立風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限模型，在風(fēng)機(jī)的整體有限元模型中，能夠模擬主軸在風(fēng)機(jī)中所受載荷的實(shí)際傳遞路徑，所以計(jì)算的結(jié)果也更加準(zhǔn)確；同時(shí)還建立主軸的子有限元模型對(duì)主軸的性能進(jìn)行分析，不僅能夠更加精確的結(jié)構(gòu)來描述主軸，還可以極大的減輕計(jì)算工作量。

附圖說明

圖1為實(shí)施例所提供的風(fēng)機(jī)的整體模型示意圖；

圖2為實(shí)施例所提供的風(fēng)機(jī)的偏航齒輪箱模型示意圖；

圖3為實(shí)施例所提供的主軸的子模型示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確計(jì)算出風(fēng)機(jī)主軸實(shí)際性能的問題。

一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，分別建立風(fēng)機(jī)的整體幾何模型和主軸的子幾何模型，將其分別導(dǎo)入有限元軟件，對(duì)風(fēng)機(jī)和主軸中各部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并按照各部件實(shí)際的位置在有限元軟件中對(duì)各部分進(jìn)行裝配，建立風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限元模型；

(2)按照風(fēng)機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限元模型進(jìn)行設(shè)置；

(3)對(duì)風(fēng)機(jī)的整體有限元模型進(jìn)行單位工況下的計(jì)算；

(4)提取風(fēng)機(jī)整體有限元模型中的邊界位移載荷，對(duì)主軸子有限元模型進(jìn)行單位工況計(jì)算，得到主軸的極限和疲勞安全系數(shù)。

本發(fā)明所提供的一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，建立風(fēng)機(jī)的整體有限元模型和主軸的子有限模型，在風(fēng)機(jī)的整體有限元模型中，能夠模擬主軸在風(fēng)機(jī)中所受載荷的實(shí)際傳遞路徑，所以計(jì)算的結(jié)果也更加準(zhǔn)確；同時(shí)還建立主軸的子有限元模型對(duì)主軸的性能進(jìn)行分析，不僅能夠更加精確的結(jié)構(gòu)來描述主軸，還可以極大的減輕計(jì)算工作量。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)施例提供一種風(fēng)機(jī)主軸性能的計(jì)算方法，包括如下步驟：

(1)建立風(fēng)機(jī)整體的幾何模型；

風(fēng)機(jī)整體的幾何模型如圖1和圖2所示，包括輪轂1、主機(jī)架2、主軸3、主軸4、主軸軸承5、彈性支承6、齒輪箱箱體7、偏航軸承8、剎車盤9、剎車片10、塔頂法蘭12及塔筒13和發(fā)電機(jī)彈性支承combine14單元15；

(2)將風(fēng)機(jī)整體的幾何模型導(dǎo)入有限元軟件，對(duì)其中各部件劃分網(wǎng)格，并按照各部件實(shí)際的位置在有限元軟件中進(jìn)行裝配，建立風(fēng)機(jī)的整體有限元模型，并刪除整體有限元模型中主軸的倒角、小孔等特征；

(3)設(shè)置各部件的材料屬性，其中輪轂1、主機(jī)架2、齒輪箱箱體7采用QT350，主軸3、主軸4、主軸軸承5、偏航軸承8、剎車盤9、剎車片10、偏航齒輪箱11、塔頂法蘭12、塔筒13采用鋼，彈性支6采用各向異性材料；主軸軸承5內(nèi)外圈、偏航軸承8的內(nèi)圈與外圈之間通過Link10單元來連接，通過關(guān)鍵字設(shè)置Link10單元受壓力而不受拉力，Link10單元的截面尺寸根據(jù)滾球的實(shí)際數(shù)量、模擬數(shù)量和滾球的實(shí)際直徑而定；齒輪箱扭矩的傳遞通過CE耦合的方式進(jìn)行模擬，主軸表面施加一層殼單元；

(4)將各部件間的連接關(guān)系設(shè)置成為綁定關(guān)系；

(5)添加發(fā)電機(jī)質(zhì)量單元，發(fā)電機(jī)彈性支撐單元通過Combine14單元15進(jìn)行模擬，Combine14單元15與發(fā)電機(jī)質(zhì)量單元之間通過剛性單元進(jìn)行連接；

(6)在輪轂中心建立一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)與三個(gè)葉根面上的節(jié)點(diǎn)通過載荷傘進(jìn)行連接；

(7)在輪轂中心施加±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az的單位載荷，對(duì)風(fēng)機(jī)整體有限元模型進(jìn)行有限元分析；

(8)建立包含主軸詳細(xì)特征的主軸有限元子模型，其在切割便捷一部分位于輪轂上，一部分位于主機(jī)架的主軸承內(nèi)圈及齒輪箱箱體上，如圖3所示；

(9)提取風(fēng)機(jī)整體有限元模型中各單位工況下的邊界位移載荷，分別施加到主軸有限元子模型，對(duì)主軸有限元子模型進(jìn)行有限元分析；

(10)分別通過提取主軸有限元子模型在±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz、±ax、±ay以及+az單位工況下的實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)和殼單元應(yīng)力，結(jié)合輪轂中心極限載荷和疲勞載荷譜，通過組合計(jì)算得到主軸的極限和疲勞安全系數(shù)。

作為其他實(shí)施方式，風(fēng)機(jī)整體有限元模型中各部件的連接關(guān)系可以設(shè)置成為其他連接方式。

作為其他實(shí)施方式，對(duì)風(fēng)機(jī)整體的有限元模型和主軸有限元子模型的單位工況可以根據(jù)實(shí)際的需求增加或者減少。

以上給出了本發(fā)明涉及的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對(duì)上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。