转盘轴承的温度场研究

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风电转盘轴承作为风力发电机的一个重要部件,用于偏航系统和变桨系统中。由于安装在40~60米的高空,不容易安装拆卸,维修费用高,所以对其质量有很高的要求,必须具备20年以上的使用寿命。  在轴承系统中,只要轴承温度与其外界温度存在差异,热量就会在轴承与外界之间相互传递,随着生热量与交换热量的变化,轴承的温度也随之不断变化。只有当轴承摩擦生热产生的热量等于轴承与外界热交换的热量时,轴承的温度才会稳定。轴承的温度分布状态会影响轴承工作游隙,从而影响轴承的使用性能以及安装配合。轴承温升过高会使得轴承的润滑状态恶化,导致轴承磨损加剧,甚至导致滚动表面烧伤,轴承损坏。论文的主要研究内容:  1.根据转盘轴承的受载特点,分析了钢球与滚道受力情况,给出了转盘轴承钢球与滚道之间的摩擦力矩的计算方法。分析了摩擦力矩的影响因素,这些因素包含:轴承的轴向力、径向力和倾覆力矩,滚道的初始接触角和沟曲率半径系数,钢球直径,轴承游隙等。  2.转盘轴承工作过程中主要的热传递方式为热传导和热对流。根据傅立叶导热基本定律,确定了转盘轴承内、外圈温度场的导热偏微分方程,讨论了套圈各个表面的边界条件。  3.建立转盘轴承内、外圈的有限元模型,确定轴承的热源为球与内、外滚道之间摩擦产生的热量,获得了热源的计算方法,应用ABAQUS的非耦合传热分析,分析热量在轴承内圈、外圈中的传导过程,在分析过程中考虑了轴承与外部空气对流换热的影响,对有限元结果进行了分析。  4.采用实验测量与有限元分析结合的方法分析了轴承内、外圈稳态温度场,通过对型号为013.40.1000转盘轴承在受100kN轴向力、400kN.m倾覆力矩状况下运转的实验,测量润滑脂的实时温度,对获得的温度数据,进行三次多项式拟合,得出润滑脂的温升计算公式,获得了轴承内、外圈稳态的温度场。  
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