[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙列圓錐滾子軸承載荷分布及壽命計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810255895.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108595765B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒荔兵;段博志;楊明川;黃翀;任永;趙春雨;劉凡鷹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙列圓錐滾子軸承載荷分布及壽命計(jì)算方法，其特征在于：該方法主要是基于坐標(biāo)向量模擬雙列圓錐滾子軸承內(nèi)圈及滾動(dòng)體的變形，具體是通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)反映滾道與滾子的接觸變形以及滾子與擋邊的接觸變形，并考慮擋邊變形、軸承游隙以及滾子修形的影響，再通過(guò)建立滾道與滾子靜力學(xué)平衡方程得到軸承滾道載荷分布，而后在此基礎(chǔ)上對(duì)軸承壽命進(jìn)行求解；其包括以下步驟：

1)通過(guò)坐標(biāo)向量模擬軸承在變形前和變形后的滾子與滾道、滾子與擋邊的位置向量，然后再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將接觸點(diǎn)向量坐標(biāo)從滾子坐標(biāo)系與內(nèi)圈坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)坐標(biāo)系下，建立變形協(xié)調(diào)方程，包括以下具體步驟：

1.1)以軸承中心為原點(diǎn)建立系統(tǒng)坐標(biāo)系Oxyz，以內(nèi)圈中心為原點(diǎn)建立內(nèi)圈坐標(biāo)系O_hx_hy_hz_h，以滾子中心為原點(diǎn)建立滾子坐標(biāo)系O_whx_why_whz_wh，h代表第幾列；

1.2)確定變形量

1.2.1)內(nèi)圈變形

在內(nèi)圈坐標(biāo)系下，在外載荷作用下內(nèi)圈的位移向量為：

δ_h＝{δ_hx,δ_hy,δ_hz}^T (1)

內(nèi)圈偏轉(zhuǎn)角向量為：

γ_h＝{0,γ_hy,γ_hz}^T (2)

考慮軸承游隙后內(nèi)圈中心在3個(gè)方向的坐標(biāo)為：

式中：δ_hx，δ_hy，δ_hz分別為不考慮游隙時(shí)內(nèi)圈坐標(biāo)系中心的位移；γ_hy,γ_hz分別為內(nèi)圈中心繞y_h，z_h軸的偏轉(zhuǎn)角；δ′_hx，δ′_hy，δ′_hz為考慮徑向游隙時(shí)內(nèi)圈坐標(biāo)系中心的位移；e_r為內(nèi)圈坐標(biāo)系中心到系統(tǒng)坐標(biāo)系中心的距離；G_r為徑向游隙；當(dāng)h＝1時(shí)，取+，當(dāng)h＝2時(shí)，取-；

1.2.2)滾子變形

在滾子坐標(biāo)系下，滾子的位移向量為：

U_wh＝{u_whx,0,u_whz}^T (6)

滾子旋轉(zhuǎn)角向量為：

式中：u_whx，u_whz分別為滾子在x_wh，z_wh方向的位移；為滾子繞y_wh方向的旋轉(zhuǎn)角；

1.3)確定變形前接觸點(diǎn)位置

1.3.1)內(nèi)圈坐標(biāo)系

內(nèi)、外圈滾道與滾子接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下z_wh軸方向的坐標(biāo)為：

式中：D_pw為滾子組節(jié)圓直徑；x_whi，x_whe分別為套圈內(nèi)、外滾道與滾子接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下x_wh軸的坐標(biāo)；ε為滾子半錐角；α，β分別為外、內(nèi)圈滾道半錐角；γ為軸承的接觸角，c為法向間隙，當(dāng)h＝1時(shí)，c＝-1，當(dāng)h＝2時(shí)，c＝1；l為滾子長(zhǎng)度；

內(nèi)、外圈滾道與滾子接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的位置向量為：

式中：e為滾子坐標(biāo)系中心與內(nèi)圈坐標(biāo)系中心的軸向距離；r_hix,r_hiy,r_hiz為滾子與內(nèi)滾道接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；r_hex,r_hey,r_hez為滾子與外滾道接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下3個(gè)方向的坐標(biāo)；ψ為滾子方位角，在系統(tǒng)坐標(biāo)系下z軸負(fù)方向?qū)?yīng)的滾子為第1個(gè)滾子，其方位角為0，第j個(gè)滾子的方位角為Z為單列滾子的數(shù)量；

滾子的端部采用球基面，滾子與擋邊的接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的位置向量為：

式中：r_hfx,r_hfy,r_hfz為滾子與擋邊接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的3個(gè)方向的坐標(biāo)；R_s為球基面半徑；θ為內(nèi)圈擋邊與軸承中心的連線與x方向的夾角；D_w為滾子大端直徑，λ為滾子球基面對(duì)應(yīng)的半角；

1.3.2)滾子坐標(biāo)系

滾子與內(nèi)、外滾道接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下的位置向量為：

滾子與擋邊接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下的位置向量為：

式中：s_whfx，s_whfy，s_whfz為滾子與擋邊接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下3個(gè)方向的坐標(biāo)；

1.4)確定變形后接觸點(diǎn)的位置

1.4.1)內(nèi)圈坐標(biāo)系

在內(nèi)圈發(fā)生接觸變形后，內(nèi)圈滾道與滾子接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的位置向量為：

式中：為內(nèi)圈滾道與滾子接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下3個(gè)方向的坐標(biāo)；當(dāng)h＝1時(shí)，取+，當(dāng)h＝2時(shí)，取-；

由于外滾道固定，外滾道與滾子接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系上的位置向量與變形前一致，即

滾子與擋邊接觸點(diǎn)在內(nèi)圈坐標(biāo)系下的位置向量為：

式中：為滾子與擋邊接觸點(diǎn)的位置向量在內(nèi)圈坐標(biāo)系下3個(gè)方向的坐標(biāo)；

1.4.2)滾子坐標(biāo)系

在滾子發(fā)生變形后滾子與內(nèi)、外滾道的接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下的位置向量為：

滾子與擋邊接觸點(diǎn)在滾子坐標(biāo)系下的位置向量為：

1.5)變形協(xié)調(diào)方程

通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將接觸點(diǎn)從滾子坐標(biāo)系與內(nèi)圈坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)坐標(biāo)系下，則

e_w＝e+e_r

式中：e_w為滾子坐標(biāo)系中心到系統(tǒng)坐標(biāo)系中心的距離，當(dāng)h＝1時(shí)取+，當(dāng)h＝2時(shí)取取-；

滾子與內(nèi)滾道、外滾道及擋邊的法向接觸變形為：

式中：分別為內(nèi)圈、外圈、擋邊的單位法向量；當(dāng)h＝1時(shí)取+，當(dāng)h＝2時(shí)取取-；

2)根據(jù)變形協(xié)調(diào)方程，建立滾子靜力學(xué)平衡方程和軸承外圈靜力學(xué)平衡方程，并依據(jù)Newton-Raphson方程進(jìn)行迭代求解滾道、擋邊精確的載荷分布；

3)根據(jù)軸承滾道的載荷分布求解雙列圓錐滾子軸承的基本額定壽命和修正壽命，而在求解過(guò)程中采用切片法對(duì)軸承滾道進(jìn)行切片，分別求解每一個(gè)切片的壽命，然后積分得到整個(gè)軸承的壽命。