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變槳軸承與輪毅連接螺栓是風電機組最重要的連接螺栓之一，其安全性決定了整個風機的安全性。由于載荷的復雜特性，變槳軸承與輪毅連接螺栓承受動態(tài)載荷，在動態(tài)載荷長期作用下，該連接螺栓極易遭到疲勞破壞，因此為了提高風力發(fā)電機的安全性，必須對變槳軸承和輪毅連接螺栓進行強度分析。行業(yè)規(guī)范為德國勞式船級社針對風電行業(yè)提出的一個強制性認證標準，該標準明確指出需對結(jié)構(gòu)性螺栓進行極限和疲勞分析，提出了疲勞分析的一般流程及做法。研究以某MW型風電機組為例，使用有限元方法和理論方法對該連接螺栓在某極限工況下進行靜強度分析，同時基于GL規(guī)范和標準對該連接螺栓進行疲勞分析。
變槳軸承與輪毅和葉片連接螺栓示意圖所示，其中外圈為變槳軸承與輪毅的連接螺栓，內(nèi)圈為變槳軸承和葉片的連接螺栓。研究主要研究外圈螺栓即變槳軸承與輪毅連接螺栓的極限強度和疲勞強度。變槳軸承所受的力較為復雜，但總的說來分為軸向F、徑向力，傾覆力矩及扭矩。對于變槳軸承與輪毅連接螺栓來說，主要承受的是軸向力和傾覆力矩，徑向力和扭矩則主要由軸承滾道及接合面摩擦力承受。因此對于螺栓的強度分析來說，除對其極限強度和疲勞強度進行分析之外，接觸面是否發(fā)生滑移也要進行分析
輪毅與變槳軸承連接螺栓的分析模型包括輪毅、變槳軸承、螺栓、墊片以及葉根部分，為簡化模型提高網(wǎng)格質(zhì)量，模型中刪除了小的倒角、螺栓孔等不利于網(wǎng)格劃分的幾何特征。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，研究取三分之一的風輪作為研究對象，整個有限元模型如圖模型中輪毅、變槳軸承外圈、內(nèi)圈、墊片及葉根均采用實體建模，其中輪毅網(wǎng)格為Solid187單元，其余實體的網(wǎng)格為Solid186單元，螺栓采用beam188單元模擬，螺栓的頭尾兩端采用載荷傘的形式來分別模擬墊片壓緊和螺紋的作用，軸承滾珠通過link180單元的受壓不受拉的特性來模擬，變槳軸承與輪毅連接螺栓局部放大模型。在葉根部位建立加載點，通過載荷傘將載荷傳遞到葉根。整個有限元模型的節(jié)點數(shù)為746756，單元數(shù)為271909。根據(jù)實際的裝配關(guān)系，建立的接觸關(guān)系所示，其中摩擦系數(shù)為0.20模型中所使用的材料如表所示。
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