Абстрактный: Согласно структурным характеристикам подшипников поворота ветряных турбин, согласно геометрическому соотношению между внутренним и внешним кольцами после нагрузки подшипника, получается выражение значения упругого сближения между стальным шариком и каналом, а относительное смещение обоймы неизвестно. Система уравнений баланса подшипника устанавливается с использованием переменных и в сочетании с определенным типом подшипника изучается влияние изменения зазора подшипника, коэффициента радиуса кривизны канавки, угла контакта и других параметров на несущую способность. Зазор может сделать подшипник обладающим превосходной производительностью подшипника; уменьшение коэффициента радиуса кривизны канавки может улучшить его несущую способность; когда относительное значение осевой нагрузки подшипника относительно велико, увеличение угла контакта может улучшить его несущую способность.

Для мехатронного оборудования с высокими требованиями к надежности, такого как ветряные турбины, важность подшипников не вызывает сомнений. Подшипники различных конструктивных форм устанавливаются во вращающихся соединениях или опорных частях системы тангажа, системы рыскания, главного вала, коробки передач и генератора ветряной турбины, среди которых существует множество конструктивных форм подшипников в системе тангажа или системе рыскания. Это однорядный четырехточечный шарикоподшипник и двухрядный четырехточечный шарикоподшипник. Он должен выдерживать одновременное комбинированное действие радиальной, осевой нагрузки и опрокидывающего момента.

В процессе работы ветряной турбины различные компоненты агрегата подвергаются аэродинамическим нагрузкам, инерционным нагрузкам, гравитационным нагрузкам и эксплуатационным нагрузкам. Эти нагрузки характеризуются статическими, динамическими, циклическими и переходными нагрузками. , ударными и случайными. В отличие от применения опорно-поворотных устройств в других областях, из-за высокой стоимости обслуживания ветряных турбин, подшипники ветряных турбин должны иметь срок службы не менее 20 лет. Для опорно-поворотных устройств ветряной энергетики необходимо глубоко понимать их условия нагрузки, внутренние механические характеристики и соответствующие законы, влияющие на их производительность в соответствии с их конкретными условиями работы и требованиями к использованию, и на этой основе осуществлять оптимальную конструкцию и разумный выбор таких подшипников. .

1 Статический анализ

1.1 Стрессовое состояние

Энергия ветра является источником энергии ветряных турбин, ветер является неконтролируемым ресурсом, а скорость и направление ветра постоянно меняются. В условиях подключения к сети, в дополнение к вращательному движению ветрового ротора, который преобразует электрическую энергию, также требуются движения тангажа и рыскания, чтобы справляться с изменениями скорости и направления ветра, чтобы ветряная турбина могла выдавать постоянную мощность и обеспечивать безопасную работу агрегата. В таблице 1 показаны основные источники нагрузок на подшипники поворота ветряных турбин, которые изменяются в зависимости от скорости ветра, скорости ротора, азимута лопасти и т. д.; кроме того, управление работой ветряных турбин также будет иметь нагрузку на подшипник. Из-за низкой скорости вращения подшипника поворота ветряной турбины нет необходимости учитывать динамические эффекты, вызванные движением, поэтому требуется только статический анализ. Фактическая нагрузка на подшипник является результатом совместного действия многих факторов, которые можно разделить на предельную нагрузку и усталостную нагрузку в соответствии с влиянием этих нагрузок на подшипник.

1.2 Статическое моделирование При анализе предполагается, что наружное кольцо подшипника закреплено, а радиальное смещение, осевое смещение и угловое смещение внутреннего кольца под совместным действием радиальной нагрузки Fr, осевой нагрузки Fa и опрокидывающего момента M составляют соответственно δr, δa и θ, как показано на рисунке 1. В осевой плоскости подшипника канал шарикоподшипника с четырехточечным контактом состоит из двух дуг; дуги стального шарика под нагрузкой и канала внутреннего кольца и окружности на канале наружного кольца в противоположном направлении. Дуги контактируют, и две точки контакта называются контактной парой. Здесь, когда подшипник несет только осевую нагрузку, контактной парой является контактная пара 1, как показано на рисунке 1, то есть контактная пара, образованная верхней половиной канала внутреннего кольца, нижней половиной канала наружного кольца и стальным шариком; Другая контактная пара – это контактная пара 2. Статическая модель подшипника устанавливается с учетом сил контактной пары 1 и 2 одновременно.

При смещении внутреннего кольца подшипник нагружается, и угол контакта изменяется, а контактная пара находится, когда стальной шарик находится в положении ψ. Уравнения 7) — (9) представляют собой нелинейную систему уравнений. Когда заданы геометрические параметры подшипника, соответствующие набору Fr, Fa и M, значения неизвестных переменных δr, δa и θ могут быть получены путем решения, и нагрузка на стальной шарик может быть дополнительно рассчитана, и, наконец, можно вычислить контактное напряжение между стальным шариком и каналом и срок службы подшипника.

1.3 Основные параметры опорной поверхности определенного типа конструкции однорядного четырехточечного шарикоподшипника: Dpw = 1900 мм, Dw = 42,8625 мм, α = 45°, fi = 0,525, fe = 0,54, Z = 104. С помощью вышеуказанного метода можно рассчитать все комбинации внешних нагрузок Fr, Fa и M, когда допустимое контактное напряжение между максимальным стальным шариком подшипника и каналом составляет 4200 МПа, используя точку (Fr, Fa, M) в трехмерной системе координат. Можно нарисовать статическую несущую поверхность подшипника; в то же время можно рассчитать все комбинации Fr, Fa и M, когда номинальный срок службы подшипника составляет 30000r, а также можно нарисовать динамическую несущую поверхность подшипника, как показано на рисунке 2. Показать.

2 Анализ влияния параметров подшипника

В процессе проектирования подшипников определение разумных структурных параметров деталей подшипников является основной проблемой, которую необходимо решить в ходе проектных работ. Большинство структурных параметров деталей подшипников поворота ветряных турбин имеют четкую основу значений, например, внутренний диаметр, наружный диаметр, высота подшипника, диаметр центральной окружности монтажного отверстия, диаметр и количество монтажных отверстий, диаметр стального шарика и диаметр делительной окружности группы шариков и т. д. Большинство стандартов были стандартизированы. Значение другой части структурных параметров деталей подшипников обычно основано на опыте, например, зазор, коэффициент радиуса кривизны канавки, угол контакта и т. д. Для подшипников поворота крайне необходимо понимать тенденцию влияния и степень изменения этих параметров на производительность подшипника, чтобы обеспечить теоретическую основу для значения таких параметров при проектировании подшипников.

При изменении структурных параметров подшипника также изменяются форма и положение соответствующей статической и динамической несущей поверхности подшипника, а также несущая способность подшипника. Для изучения зазора подшипника и кривизны канавки, закона влияния угла контакта на несущую способность, для сравнительного анализа берут несколько участков поверхности подшипника, соответствующих различным радиальным нагрузкам, и получают кривые подшипника, соответствующие различным радиальным нагрузкам. Соответствующие результаты показаны на рисунках 3–5.