偏航轴承寿命及螺栓强度校核实例

L1e10
= (QQ1ece ) 3 , L1i10
=
(
Q
c i
Q1i
)3,
L1e20
=
(
Q
c e
Q2e
)3,
L1i20 = (QQ2cii ) 3 。
式中
:
L1e10为主沟道外圈寿命 ;
L
i1 10
为
主
沟
道Hale Waihona Puke 内圈寿命 ; L1e20为辅沟道外圈寿命 ; L1i20为辅沟道内圈寿命 。
经计算得 : L10 = 6. 13 ×106 r。
2γ
1 +γ
-
2γ = 0. 1 +γ
861。
轴承的最大接触应力为 :
∑ σ m ax
=
1. πea
5 eb
3
(
ρ) 2 Qmax
(5)
Hertz接触系数由 F (ρi )和 F (ρe )查文献 [ 2 ]
的 Hertz接触系数表利用插值法求得 :
eia = 0. 076 41, eib = 0. 010 63, eea = 0. 065 9, eeb = 0. 011 64。 式中 : eia , eib为钢球与内圈的接触椭圆系数 ; eea , eeb 为钢球与外圈的接触椭圆系数 。
J (ε1 ,ε2 ) = 0. 326 5, JM (ε1 ,ε2 ) = 0. 282 8。
式中 :ε1 ,ε2 分别为主 、辅沟道的载荷分布范围参
数 ; J (ε1 ) , J (ε2 )分别为钢球在主 、辅沟道内的载
荷积分 ; JM (ε1 ) , JM (ε2 )分别为钢球在主 、辅沟道
内的力矩积分 ; J
Pj = Py + xPL max = 8. 782 kN。
螺栓小径断面拉应力
σ 1
为
:
σ 1
= Pj A1
= 25.
96 M Pa。
预紧时螺纹上的摩擦力矩 M p 为 :
M p≈ 0. 12Py dn = 21. 677 76 N ·m。
式中 : dn 为螺栓公称直径 。
螺栓小径断面切应力
τ 1
为
=
640
M
Pa,
对称循环疲劳极限
σ -
1
= 307 M Pa。
受载最大螺栓上工作载荷 PL max为 :
PL max
= 4M d1 n
-
Fa n
= 5.
018
kN。
式中 : d1 为内圈安装孔直径 ; n为安装孔个数 。
螺栓预紧力 Py 为 :
Py = Ky PL max ( 1 - x) = 7. 527 kN。
收稿日期 : 2009 - 10 - 28;修回日期 : 2010 - 03 - 09
精度为 998GK;外圏安装孔 64 - M24, 孔位置公差 0. 5 mm; 内圈安装孔 64 - M24, 孔位置公差 0. 5 mm;工作温度为 - 30 ～50 ℃, 要求轴承能够承受 日照 、粉尘 、雨水浇淋 。
轴向力偏心距为 :
e = M = 1 025 mm,又有 2e = 0. 868 6。
Fa
Dpw
根据 2e值在文献 [ 1 ]中查表利用插值法求得
Dpw
载荷分布有关参数值为 :
ε 1
= 0.
77,ε2
= 0.
23;
J (ε1 ) = 0. 357 3, J (ε2 ) = 0. 183 4;
JM (ε1 ) = 0. 254 6, JM (ε2 ) = 0. 169 1;
触应力 。综上比较可得 , 轴承的最大接触应力在
主沟道外圈上 。该轴承用 42CrMo 钢的最大许用
接触应力 [σmax ] = 3. 85 GPa,轴承静载荷安全系数
fs
=
(
[σm ax σ
] )
3
= 6.
22
> 1.
75,轴承安全 。
max
3 螺栓强度校核
螺栓材料选用
45#钢
,
调质后屈
服极
限
σ T
A Check ing Exam ple of L ife and Bolts Strength for Yaw Bear ings
SON G J i - xiang1 , GUO Shao - peng1 , MA X in - zhong1 , L I li1 , GUO J ing - yu2 , BAO J ian - fei2
(ε1
,
ε 2
)
,
JM
(ε1
,
ε 2
)
分别为钢球
载荷和力矩分布积分 。
主沟道上钢球的最大载荷 Q1max为 :
Q1m ax
=
Z
Fa sin
α
+
Dpw
M Z sin
α·
2 [ 1 - J (ε1 ,ε2 ) ] JM (ε1 ,ε2 )
+
2. 5Fr Z co sα
(1)
将各参数代入 ( 1)式得 : Q1max = 14. 6 kN。
0.
3
(Dw
) 1.
4
Z-
1 /3
将相关参数代入 ( 4)式得 :
Q
c i
= 12.
707
kN
,
Q
c e
= 11.
049
kN。
2. 1. 4 寿命计算
轴承的寿命为 :
L10
= [ (L1e10 )
- 10 /9
+
(L
e2 10
)
- 10 /9
+ (L1i10 ) - 10 /9
+
(L1i20 ) - 10 /9 ] - 0. 9 ,
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宋吉祥等 :偏航轴承寿命及螺栓强度校核实例
·13·
F (ρe )
= 4
1 fe
-
-
1 fe
式中 : Ky 为连接面紧密性安全系数 , 取 Ky = 2; x为
相对刚度系数 , x = 0. 25。
螺栓小径截面 A1 为 :
A1 = 338. 22 mm2 。
则
,
螺栓预紧应力
σ y
为
:
σ y
= Py A1
= 22.
253 M Pa。
σ 应力比值σy = 0. 035。
T
螺栓上最大许用计算载荷 Pj 为 :
主沟道钢球当量载荷为 :
Q
e 1
= Q1i
= J (ε1 ) Q1max
= 5.
217
kN。
辅沟道钢球当量载荷为 :
Q
e 2
= Q2i
= J (ε2 ) Q2max
= 0.
809
kN。
2. 1. 3 额定钢球载荷
内沟道的额定钢球载荷
Q
c i
和外沟道的额定
钢球载荷
Q
c e
分别为
:
《轴承 》2010. №. 5
辅沟道上钢球的最大载荷 Q2max为 :
ε
Q2m ax
=
Dpw
M
Z sinα
2[
(ε2 ) 1. 5 + J (ε1 ,ε2 ) 1 JM (ε1 ,ε2 )
]
-
Z
Fa sin
α
+
2. 5Fr Z cosα
(2)
将各参数代入 ( 2)式得 : Q2max = 4. 41 kN。 2. 1. 2 钢球当量载荷
ISSN 1000 - 3762 轴承 2010年 5期 11 - 13 CN 41 - 1148 / TH Bearing 2010 , No. 5
偏航轴承寿命及螺栓强度校核实例
宋吉祥 1 ,郭绍鹏 1 ,马新忠 1 ,李 立 1 ,郭静瑜 2 ,包建飞 2
(1. 洛阳轴研科技股份有限公司 ,河南 洛阳 471039; 2. 常熟长城轴承有限公司 ,江苏 常熟 215500)
摘要 :偏航轴承的寿命及螺栓强度是决定风力发电机偏航系统质量的两大关键参数 ,通过实例详细介绍了基于 Hertz弹性接触理论的偏航轴承寿命计算过程以及螺栓强度校核过程 。 关键词 :偏航轴承 ;四点接触球轴承 ;寿命 ;接触应力 ;螺栓强度 中图分类号 : TH133. 33 + 1; TM315 文献标志码 : B 文章编号 : 1000 - 3762 (2010) 05 - 0011 - 03
风力 发 电 机 偏 航 轴 承 是 偏 航 系 统 的 关 键 部 件 ,安装于机舱底部 , 承载着机舱的全部重量 , 是 叶片处于合理迎风角度的保证 。其一般安装在数 十米甚至百米高的塔架上 , 维修更换极其不便 , 一 般均要求 20 年以上寿命 。偏航轴承不仅承受较 大的轴向力 ,而且承受很大的倾覆力矩 , 所以其必 须具备足够的强度和承载能力 。
·12·
径 D = 2 496 mm; 球组节圆直径 Dpw = 2 360 mm; 内圈沟曲率半径 ri = 21. 67 mm; 外圈沟曲率半径 re = 22. 29 mm;钢球直径 Dw = 41. 275 mm; 接触角 α = 45°;钢球数目 Z = 142。材料为 42C rMo钢 。 2. 1 寿命校核 2. 1. 1 钢球最大载荷 Qmax
偏航轴承的内 、外圈分别通过螺栓与风机机 舱 、塔架相连接 ,其所承受的轴向载荷及倾覆力矩 均通过螺栓传递给塔架 。因此 , 螺栓的强度至关 重要 。下面通过实例介绍某四点接触球轴承的偏 航轴承寿命和螺栓强度的校核 。