风力发电机变桨轴承力学分析

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风力机变桨力矩建模分析与估计

Ｐ
－
２
ｚｄ
（）４
为轴承类型和载荷系数，
为载荷方向系数，Ｐｎ为
静态载荷当量，
为轴承平均直径。静态载荷当量特性由
变大，随着桨距角增大，气动力矩减小，风轮转速也逐渐
置
０
紫鼯角ｌ。０
离，ｆ弦长，为攻角，为气动中心系数。为
皇
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风轮转速／／ｉ）（ｒｎｒａ风速／ｓ（）ｍ／
图３俯仰力矩
差－０
采
３５摩擦力矩．
角（轮旋转平面与弦线的夹角）风，为质心系数（叶素前
缘到质心的距离与弦长的比值，以下类同）为变桨轴心，系数。
Ｃ为俯仰力矩系数。方向与气动力矩相反。ｍ
３４空气加速度的惯性力矩和阻力距．
起主要作用。
ｄ＝Ｉｌ０ｇｆｄ（６）
图２气动力矩
３３俯仰力矩．
类似气动力矩．俯仰力矩是由翼型的俯仰中心偏离变
桨轴造成的＿。俯仰力矩是力矩平衡的重要参数。５］
ｄ＝一ａｔ，
轴承的轴向力和切向力决定。然而轴向力和切向力在变桨
中随变桨的角度而变化，所以静态载荷当量又是变桨角度

对某风力发电机组变桨轴承故障的原因分析

运行。
２）保持架：拆解之后发现上列保持架断裂三段（桨叶侧），下列保持架基本保存完好。３）滚道：双滚道都存在压痕，滚道接触点向外侧发生偏移，上滚道下半圆弧存在压溃，凸起约１．５ｍｍ；内圈椭圆度为０．６７ｍｍ，外圈椭圆度为０．７０ｍｍ，滚道硬度
中图分类号ＴＭ３文献标识码Ａ文章编号２０９５ — ６３６３（２Ｏ１５）１０－０１１Ｏ — Ｏ２
１事故经过
海盐中电工程风电场安装２０台浙江运达公司生产的ＷＤ１１５ — ２０００型风力发电机组，风机塔筒高度９０米，叶片长度５６．５米，叶轮直径１１５米，此机型在全国首次大批量投入使用，是新型风力发电机组，２０１４年１月份２Ｏ台风机全部并网发电；自２０１５年２月份以来，
３．７ — ４．２ｍｍ。
３月ｌ５日风机厂家对卡死的变桨电机采取更换编码器，更换变桨电机驱动器等措施处理，结果叶片不能转动。３月２０日变桨轴承厂家技术人员到现场，经过检
查评定变桨轴承已经卡死，需返厂检查，查找原因。
问题。
３．２编号２０１４－０９－１８变桨轴承运行时无异响，现场拆解发现存在以下问题

浅谈风力发电机主轴轴承失效分析及解决办法

浅谈风力发电机主轴轴承失效分析及解决办法风力发电机主轴轴承是风能转换装置中的重要组成部分，其正常运转与否直接影响风力发电机的性能和寿命。

然而，在运行过程中，由于各种原因，风力发电机主轴轴承存在失效的风险。

本文将从失效原因、失效分析及解决办法等方面进行论述。

首先，风力发电机主轴轴承失效原因多种多样，主要包括以下几方面：1.过载与负荷不均匀：由于发电机长期工作在高速旋转状态下，风力过大或过小都会导致主轴轴承受到不同程度的负载，使其过载或负荷不均匀，从而引起失效。

2.润滑不良：风力发电机主轴轴承工作环境恶劣，尘埃多，容易导致润滑油污染，进而引发润滑不良，造成主轴轴承失效。

3.轴承偏心和振动：由于安装和使用不当，风力发电机主轴轴承可能出现偏心磨损，同时，振动也会在一定程度上加剧轴承失效。

常见的轴承失效形式主要包括以下几种：1.疲劳失效：轴承长期在复杂动载荷下工作，容易导致疲劳失效，主要表现为轴承表面的磨损和龟裂。

2.磨损失效：因为润滑不良、杂质进入轴承等原因，主轴轴承可能出现磨损失效，主要表现为表面磨损、脱落和腐蚀等现象。

3.弯曲失效：过载或负荷不均匀都会导致主轴弯曲变形，造成主轴轴承失效。

为了解决风力发电机主轴轴承失效问题1.加强检查和维护：定期对风力发电机主轴轴承进行检查，确保其润滑状态良好，及时更换磨损严重的轴承。

2.提高轴承负荷承载能力：采用高强度材料制造轴承，增加轴承的负荷承载能力以及寿命。

3.减小振动幅度：通过优化设计和加强安装质量，降低风力发电机的振动幅度，减少对主轴轴承的影响。

4.加强润滑管理：严格控制风力发电机主轴轴承的润滑油品质和污染控制，确保轴承良好润滑，减少摩擦磨损。

总之，风力发电机主轴轴承的失效对风力发电机的性能和寿命具有重要影响。

通过加强检查和维护、提高轴承负荷承载能力、减小振动幅度、加强润滑管理等措施，可以有效预防和解决风力发电机主轴轴承失效问题，提高风力发电机的可靠性和经济性。

变桨轴承复杂工况下转盘轴承的力学特性分析

摘要风电变桨轴承是风电设备中的一个关键零部件，其设计制造和使用寿命是我国风电行业实力整体提升的一个瓶颈。

本文选用某典型兆瓦级风电机组的变桨轴承——双排四点接触球转盘轴承作为研究对象，分析了该轴承的结构特点，并通过有限元分析软件ANSYS对可承受径向力，轴向力和倾覆力矩的该转盘轴承进行全尺寸建模。

本文采用接触模型建立双排四点接触球转盘轴承仿真分析的全尺寸模型。

在完成全尺寸模型的基础上，分析转盘轴承在正常服役状态下的受载情况和应力分布，并通过改变轴承所受力和弯矩，模拟转盘轴承在实际复杂工况条件下的应力分布状态，分析得出在其所受的外部载荷里，倾覆力矩和轴向力对轴承的应力分布起主要作用。

在模拟实际工况的过程中，着重分析了纯轴向力，纯径向力和纯倾覆力矩对轴承应力分布的影响，以及在不同力与力矩组合的情况下，转盘轴承各元件最大应力和变形量随之产生的变化，以及各元件最大应力值和变形量受轴向力的影响程度。

对影响轴承承载能力和寿命的重要设计参数——轴承的径向游隙进行了模拟仿真，并给予了详细的对比分析，提出了可供实际参考的轴承设计意义。

本论文对该四点接触球轴承以及大型转盘轴承的设计提供了重要的理论依据，具有一定的实用参考价值。

关键词：变桨轴承；双排四点接触球转盘轴承；载荷分布；应力云图；游隙AbstractWind turbine pitch bearing is one of the key components of wind power equipment, whose design and manufacturing is a bottleneck restricting to enhance the overall strength of major equipment industry in China. This paper selected a typical MW wind turbine pitch bearing-double row four point contact ball slewing bearing for the study, analyzed the structural features of the pitch bearing and a full-size contact model that consider radial force, axial force and overturning moment was established by ANSYS finite element analysis. A full-size contact model was established by ANSYS finite element analysis. On the basis of the full-size model，get the stress distribution and maximum displacement variation of cloud chart in the normal service condition of wind turbine pitch bearing and stimulate turntable bearing under actual condition by changing the bearing force and bending moment. Through the analysis on the external load，the overturning moment and axial force plays a main role on the bearing stress distribution. In the process of simulating the actual working conditions, focuses on the analysis that the stress distribution of the bearing of the pure axial force, pure radial force and pure overturning moment. Analysis the maximum stress linear change, variation of maximum displacement and the effect degree of each element in the circumstance of different combination of forces and torque. Focusing on the research of some important design parameters---radial clearance impacting the carrying capacity of the bearing, a detailed analysis was given, and the corresponding bearing design recommendations were presented. Work done by this paper provides an important theoretical basis forfour-point contact ball slewing bearing, and even slewing bearing, and has some practical application value of engineering.Keywords: pitch bearing ,double row four-point contact slewing bearing, load distribution, stress nephogram, radial clearance变桨轴承复杂工况下转盘轴承的力学特性分析目录摘要ABSTRACT第一章绪论课题研究背景风电转盘轴承风电转盘轴承概述工况条件运行方式载荷特征结构形式转盘轴承国内外研究现状滚动轴承力学模型发展概况滚动轴承的仿真研究发展概况课题研究的意义和内容课题的研究意义课题的主要研究内容第二章滚动球轴承结构与分析理论基础球轴承的基本几何结构球轴承的基本几何尺寸密合度主曲率轴承游隙轴承的接触角赫兹弹性接触理论接触问题概述赫兹弹性接触理论的几个基本假设接触表面的接触应力与变形轴承的载荷分布轴承的载荷分布接触载荷与接触刚度建立变桨轴承的数学模型数学建模之前的准备沟心距轴承的静力学平衡方程本章小结第三章转盘轴承全尺寸建模与结果分析参数化建模开发语言概述有限元法（APDL）介绍APDL的基本组成全尺寸建模本论文的轴承结构尺寸本文的实体建模过程及要点实体模型的建立网格划分网格划分方法本文网格划分方法接触对的创建接触与接触对的简介接触面和目标面的确定法则本文设置接触对的步骤和过程加载，约束和求解设置加载与求解概述本文的加载设置求解本章小结第四章轴承在复杂工况下的分析轴承的应力分布结果变形结果应力结果弯矩对轴承应力分布的影响轴向力对应力分布的影响转盘轴承设计参数分析本章小结第五章结果和展望总结研究展望第一章绪论课题研究背景随着人类社会和经济的不断发展，环境问题也越来越受到人们的广泛关注。

风力发电机组轴承的可靠性分析与优化

风力发电机组轴承的可靠性分析与优化一、引言风力发电作为一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为全球范围内替代传统化石能源的重要选择。

而作为风力发电机组的核心部件之一，轴承的可靠性对于风力发电机组的性能和运行安全至关重要。

本文将对风力发电机组轴承的可靠性进行分析与优化，以提高风力发电机组的运行效率和可靠性。

二、风力发电机组轴承的可靠性分析1. 功能与要求分析风力发电机组轴承的主要功能是支撑风力机转子，并将旋转力转化为线性力以驱动发电机发电。

轴承在运行过程中需承受高速旋转、大径向负载和轴向负载等复杂工况下的应力。

因此，风力发电机组轴承的可靠性分析需要考虑以下要求：- 轴承具备优良的承载能力，能够稳定地承受风力机转子产生的径向负载和轴向负载；- 轴承具备较高的耐磨损性能，能够在长期高速旋转的情况下减少磨损，延长使用寿命；- 轴承具备良好的抗冲击性能，能够应对风力机轮毂在运行过程中产生的冲击力；- 轴承具备较低的摩擦阻力，能够降低机械损耗，提高发电效率；- 轴承具备较低的运行噪声，能够减少机组噪声对周围环境的影响；- 轴承具备较高的可维护性，易于维修和更换，减少停机时间。

2. 可靠性分析方法为了分析风力发电机组轴承的可靠性，可以采用以下方法：- 可靠性评估：通过收集大量轴承运行数据，运用统计学方法进行可靠性评估，如故障概率分布、故障时间平均值、失效率等指标，确定轴承的可靠性状况；- 故障模式分析：对已发生的轴承故障进行分析，确定故障的类型及可能的原因，如疲劳、磨损、润滑不良等，为轴承的优化提供参考；- 有限元分析：利用有限元软件对轴承在实际工况下的受力情况进行模拟和分析，了解轴承的应力分布、刚度、变形等性能指标，为轴承的优化设计提供依据。

3. 可靠性优化方法基于可靠性分析的结果，可以采取以下方法对风力发电机组轴承进行优化：- 材料优化：选用高强度、高硬度、高耐磨损的轴承材料，改善轴承的抗疲劳性能和寿命；- 润滑优化：选择适当的润滑方式和润滑剂，确保轴承在运行中具备良好的润滑效果，减少摩擦和磨损；- 结构优化：通过改进轴承结构，提高轴承的刚度和稳定性，减少振动和冲击，延长轴承使用寿命；- 加工工艺优化：采用精密加工工艺，保证轴承内部和外观的几何形状和尺寸精度，降低轴承制造过程中的缺陷和质量问题；- 维护管理优化：建立科学合理的维护管理体系，定期进行轴承检查和维护，及时发现并修复轴承故障，预防发生重大故障。

风电轴承的轴向力分析与优化

风电轴承的轴向力分析与优化在风力发电系统中，风电轴承扮演着至关重要的角色，起到支撑旋转部件、转动轴的作用。

然而，在风力发电机运行过程中，轴承会承受来自风力的巨大轴向力。

这种轴向力可能会给轴承带来不良影响，如增加摩擦、降低效率、加快磨损等。

因此，对风电轴承的轴向力进行分析和优化是提高风力发电系统稳定性和可靠性的关键。

首先，对风电轴承的轴向力进行分析。

轴向力是垂直于轴的力，其大小和方向直接影响风电轴承的工作性能。

在风力发电机中，主要有两种类型的轴向力，一种是风力引起的气动轴向力，另一种是重力引起的重力轴向力。

气动轴向力是由风的作用引起的，大小取决于风速、风向和叶片设计。

当风速增加时，气动轴向力也会随之增加。

当气动轴向力过大时，会增加轴承的负荷，导致轴承加剧磨损，甚至可能引发故障。

因此，需要通过合理的风叶设计和控制风机的转速，来降低气动轴向力对轴承的影响。

另一方面，重力轴向力是由转子的重力引起的。

重力轴向力的大小与转子的重量和位置有关。

一般来说，重力轴向力是可控制的，通过调整转子的平衡和安装位置可以对重力轴向力进行优化。

合理地控制重力轴向力有助于减少轴承的负荷，延长轴承的使用寿命。

针对轴向力的分析，接下来是对风电轴承的轴向力进行优化。

优化轴向力主要从两个方面入手，即优化轴承设计和优化轴承使用条件。

在轴承设计方面，可以采用一些创新的设计来减小轴向力对轴承的影响。

例如，可以采用球面轴承、圆柱滚子轴承等具有良好承载能力和抗拉力的轴承结构。

此外，通过优化轴承材料的选择和加工工艺，提高轴承的负载能力和抗拉性能，从而减小轴向力对轴承的影响。

在轴承使用条件方面，可以通过合理的维护和保养来减小轴向力对轴承的影响。

定期检查和更换轴承，清洁和润滑轴承以降低摩擦和磨损，保证轴承的正常运行。

此外，设立监测系统以实时监测轴向力的变化，及时采取措施对轴承进行调整和维修，有助于降低轴向力对轴承的负荷。

除了轴承本身的优化，风力发电系统的其他组件和操作也对轴承的轴向力有着重要影响。

风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素分析

风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素分析摘要：变桨轴承是风力发电机组中至关重要的构件类型，其使用寿命会对风机运行稳定性产生直接影响，而变桨轴承的影响因素较多。

对此，本文首先对变桨系统进行介绍，然后开展风力发电机组变桨轴承外载荷分析，确定变桨轴承疲劳寿命的影响因素。

关键词：变桨系统；疲劳寿命；外载荷在风能资源开发中，风力发电是最为重要的形式，全世界很多国家均积极开展清洁发电技术研究。

我国是全世界风机装备大国，风资源十分丰富，风能开发潜能较大。

新时期，我国风电行业高速发展，与此同时，风机技术加强创新，风电行业对于风机运行可靠性的要求显著提升。

因此，对风力发电机组变桨轴承的使用寿命影响因素进行深入研究意义重大。

一、变桨系统概述（一）变桨驱动装置。

在风力发电机轮毂上，可安装变桨驱动系统，其是由变速齿轮箱以及变桨驱动电机所组成的。

变桨驱动电机类型较多，其中交流异步电机的应用最为广泛，在变桨电机运行中，对转速进行调节，即可对变桨速率进行调控，而逆变器的作用在于对电机供电频率进行调整。

交流异步电机可充分发挥出变桨调速功能，同时还可避免变桨环节电机运维难度增加。

在变桨轴承与变桨电机之间，可应用齿轮箱进行连接，在齿轮箱和电机之间，应用螺栓，即可实现二者固接，和变桨轴承的齿圈相啮合，为了提升变桨精度，对于啮合间隙，应当控制在0.1mm～0.4mm 之间。

在变桨环节，由于桨叶阻力比较大，因此，应当提升齿轮承载性能，根据轻量化要求，应当尽量减小变桨驱动装置的体积[1]，其结构如图1。

图1 变桨驱动装置（二）变桨轴承。

变桨轴承属于大型滚动的轴承，在联合载荷的影响下，依然展现出良好的承受能力。

包括倾覆力矩、轴向载荷、径向载荷。

另外，这类轴承还具有其他应用优势，包括使用年限长、运维管理便捷等等。

变桨轴承内、外圈与叶片、轮毂之间，可应用螺栓相连。

变桨控制系统的实际运行中，如果发出命令，要求变换桨，驱动电机即可与轴承内、外圈之间啮合，并持续转动。

风电机组变桨轴承变形研究与有限元分析

风电机组变桨轴承变形研究与有限元分析郑辉;芮晓明;黄浙【摘要】变桨轴承是风电机组的关键部件,其应力状态和变形对风电机组的安全运行有重大的影响.建立承受联合载荷作用的变桨轴承的计算模型,采用Newton-Raphson方法计算变桨轴承在外载荷作用下的变形情况.并应用ANSYS软件建立变桨轴承有限元模型,模拟轴承在联合载荷作用下的应力场和变形量.有限元分析结果验证了计算模型的准确性,可为变桨轴承结构设计提供理论依据、%Pitch beating is a key component of wind turbine.The stress state and deformation of pitch bearing has major impact on operation safety of wind power system.A calculation model of pitch beating considering combined loads is proposed.The deformation of a typical pitch beating is calculated by using Newton-Raphson method.The stress distribution and deformation of pitch bearing are simulated by implementation of a finite element model in ANSYS.The results show that the theoretical calculation model is correct and has enough accuracy,which provides a simple calculation method in pitch bearing structural design.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2017(050)003【总页数】5页(P143-146,160)【关键词】风电机组;变桨轴承;轴承变形;有限元【作者】郑辉;芮晓明;黄浙【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM614;TH133变桨轴承是风电变桨装置的关键部件，变桨轴承使用性能的好坏、寿命长短均关系到风力发电机组的正常运行、发电效率等[1-3]。

一起风力发电机组变桨轴承失效故障分析

一起风力发电机组变桨轴承失效故障分析摘要：风力发电技术日趋成熟，已经成为了重要的新能源发电方式。

但是简单粗暴地增加叶片长度造成的可靠性问题甚至连行业主流设备商也未能避免，出现了批量变桨轴承失效问题。

文章立足本场风力发电机组出发，对变桨轴承失效故障进行简要分析。

关键词：风力发电机组；变桨轴承；失效1、失效故障概述风力发电机组售后人员在对机组日常巡检中，发现#B3机组＃1桨叶轴承（编号：140517020）外圈密封圈被金属物顶起。

随后要求轴承厂家赶赴现场进行检查，确认为轴承保持架断裂。

经过轴承厂家的现场检查，确认#B3机组＃1桨叶轴承保持架已失效，给机组的安全运行带来隐患，决定对该机组的变桨轴承进行更换。

2、分析过程2.1 滚道表面滚道内、外圈叶片侧和轮毂侧滚道压痕不一致，存在受载不均现象，内圈滚道边缘出现接触痕迹。

2.2保持架外观叶片侧保持架断裂，轮毂侧保持架完好。

2.3齿轮接触异常3个变桨轴承齿轮接触异常，均为齿面上部和下部接触且存在变形拉伤。

认为是刚性不足造成套圈变形，也可能是齿轮侧隙变大造成；当螺栓预紧力不足会造成轴承刚性变小，变形增大，齿轮啮合发生异常。

2.4装球孔梁间受力变形对轴承140517020保持架的每一个装球孔进行检查，并对每一个装球孔受力变形方向进行了标识，保持架装球孔114、82端面断裂，若干装球孔梁发生挤压变形断裂，通过装球孔梁间变形示意图，我们可以看到保持架被分为了4个变形区域，且呈对称分布。

通过载荷分析，我们推测认为轴承 140517020保持架首先是装球孔114附近多处孔受到极大载荷挤压装球梁，造成断裂随着该处梁的断裂，多个钢球进行累积挤压保持架装孔114端面断裂，凸出轴承把密封圈挤。

保持架的断裂凸出端面造成装球孔82拉断。

推断保持架的断裂模式为先挤压变形→ 装球孔梁断裂→装球孔端面断裂→可能的拉断。

通过对保持架材料进行了检测以及断口部位金相和电镜观察，结果和推断是吻合的。

兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析及对策

兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析及对策摘要：风电并网可有效节约当前化石能源的有效措施，风能是一种洁净清洁能源，符合当前节能减排的基本需求。

兆瓦级的风电机组构建，其适应风电行业的发展需求，配置大直径叶轮，达到兆瓦级。

其在具体的服务中，对推动电力行业发展具有积极作用。

然而，兆瓦级风电机组在实际的工作中，大直径叶轮受到自重和风荷载的作用，可能会出现变桨轴承开裂的问题，不利于风电机组的服务，甚至造成安全事故的发生。

故此，文章对兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因展开分析，再提出相应的应对措施，旨意推动兆瓦级风电机组的服务能力和服务稳定性提升。

关键词：兆瓦级；风电机组；变桨轴承；开裂；原因；对策风能是一种洁净清洁能源，且随着风电的研究不断深入，风电机组的相关技术不断完善，为风电行业的发展奠定基础，实现了产业化与规模化。

兆瓦级风电机组属于大型风电机组，机组在具体的服务中，兆瓦级风电机组选用大直叶轮，达到提高机组性能的目的。

但是，大直径叶轮在具体的工作中，容易受到外界因素，造成变桨轴承开裂问题。

基于此，本文结合实际情况，展开对兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析，并提出相应对策，详细内容如下。

1兆瓦级风电机组研究（1）塔架。

它是风电机组的主要支撑部分，避免风电机组在实际的服务中出现问题。

塔架在具体建设中，应具有良好的承载能力，确保塔架的刚度与强度，促使塔架能在恶劣气候环境下，维持风电机组的安全性。

故此，可将塔架理解为兆瓦级风电机组的安全维持装置，直接决定了风电机组的工作性能。

（2）叶轮。

风电机组部分，主要承担将风能转化为机械能的部分。

其中，叶轮主要是由3个叶片、轮毂几个部分构成，其中叶片与轮毂之间连。

轮毂的作用是促使叶片和主轴之间固定连接。

轮毂的形状相对复杂。

叶片则是采集风能的关键，在具体的叶片布置中，3个叶片之间的夹角控制在120°。

叶片所承担的静荷载、动荷载将传递到轮毂，这样则会影响轮毂的受力，造成轮毂受力复杂。

风力发电机组变桨轴承断裂失效分析

《装备制造技术》2019年第08期0引言变桨轴承是风力发电机组变桨系统的重要组成部分,其可靠性直接关系到机组的正常运行。

近年来,变桨轴承失效呈高发态势,这与早期变桨轴承行业认知不足存在一定关系,如早期仅采用工程算法对变桨轴承滚道强度进行校核,未引入有限元分析等。

风力发电机组变桨轴承主要有以下几种失效形式[1]:1)疲劳破坏:轴承次表面在交变切应力作用下产生裂纹,载荷作用下该裂纹向外扩展,最终导致接触表面剥落。

2)塑形变形:轴向载荷、径向载荷及倾覆力矩在变桨轴承上分布不好,进而产生塑形变形。

3)滚道磨损:杂质、粉尘、未能过滤的磨料及桨叶的颤动,导致变桨轴承产生麻点及凹坑。

4)保持架断裂:由于保持架材料及制造问题,载荷作用下变桨轴承产生内外圈相对变形,保持架在受到内外圈相对变形产生的拉力后快速失效。

5)套圈断裂:变桨轴承存在设计、制造缺陷或过载时,载荷作用下导致轴承套圈断裂。

风力发电机组变桨轴承服役环境比较恶劣,且工况复杂,双列四点接触球轴承是目前风电变桨轴承常采用的回转轴承形式,其承载能力强、结构紧凑。

按变桨轴承齿圈分布位置可分为内齿型及外齿型,大部分风电机组变桨轴承齿圈采用内齿结构,早期出于降本考虑,部分机组采用了外齿结构,以缩小轮毂尺寸,目前,国内外绝大多数风机机组均采用内齿结构。

本文所述变桨轴承为外齿型结构,如图1所示。

该机组投入运行两年后变桨轴承套圈断裂。

由于该轴承为早期设计,根据设计规范,仅考虑工程算法对轴承进行校核,未引入有限元分析,同时,在螺栓孔出现锈蚀坑情况下,有必要对轴承断口进行检测分析,基于以上情况,如下从设计(有限元分析)、制造(理化检验)等环节分析变桨轴承断裂原因[2-3]。

1有限元分析变桨系统组成结构包含轮毂、叶根、连接螺栓、变桨轴承等部分。

叶片螺栓将变桨轴承外圈与叶根连接,变桨轴承螺栓将变桨轴承内圈与轮毂连接。

轴承内圈与轮毂固定不动,通过外齿圈与安装于轮毂上的变桨齿轮箱啮合,实现轴承外圈与叶片相对于轴承内圈与轮毂转动[4],在运行过程中,变桨轴承同时承受轴向载荷、径向载荷及倾覆力矩的联合作用,轴承外圈材料为42CrMo4,热处理工艺为整体调质处理[5]。

风力发电机变桨轴承介绍

风力发电机变桨轴承介绍
风力发电机变桨轴承是用于风力发电机桨叶转动过程中的旋转部件之一。

变桨轴承的主要功能是支撑和承受桨叶的重量以及风力对桨叶的推力，同时能够使桨叶具有灵活转动的性能。

在风力发电机中，通常采用滚动轴承作为变桨轴承。

滚动轴承通过滚动球、滚动团或滚动体与内外圈相互配合滚动，从而减小了轴承与轴颈之间的摩擦，降低了转动阻力和能耗，提高了变桨轴承的工作效率。

变桨轴承的选择需要考虑以下几个方面：
1. 高负荷能力：桨叶在工作过程中，需要承受很大的风力推力和重力，因此变桨轴承需要具备足够的承载能力。

2. 高转速性能：风力发电机的桨叶在高风速时可能需要进行快速变桨，因此变桨轴承需要具备高转速性能，以确保桨叶的灵活转动。

3. 高耐久性和可靠性：由于风力发电机通常工作在恶劣的环境中，例如高温、高湿度、强风等条件下，因此变桨轴承需要具备高耐久性和可靠性，能够长时间稳定运行。

目前，市场上常用的变桨轴承包括球轴承、圆柱滚子轴承和角接触球轴承等。

随着技术的不断发展和创新，也出现了一些新型的变桨轴承，例如气体轴承和磁悬浮轴承，这些轴承具备更高的转速性能和较长的使用寿命。

同时，随着风力发电技术的进步，变桨轴承也在不断优化和改进，以适应更高效、更可靠的风力发电系统的需求。

风力发电机变桨轴承的力学性能分析

荷分布与应力的影响，为变桨轴承的设计提供依据。
１基本方法
滚动体载荷分布的计算是进行接触强度计算的基础。根据
计算方法的不同可以分为经验公式法、解析法和数值求解法。经
验公式法计算精度不高；解析求解法只能用于转盘轴承仅承受
轴向力和倾覆力矩的情况。在进行接触强度校核和工作寿命计
算时，则采用数值求解法以便获得更高的计算精度］。应用赫兹
接触理论对接触应力进行分析计算，然后通过Ｍａｔｌａｂ对其的编
程可以很方便的计算变桨轴承的载荷分布与接触应力［２］。
１Ｏ６
风力发电机变桨轴承的力学性能分析
风力发电机变桨轴承的力学性能分析
ＭｅｃｈａｎｉｃｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅＰｉｔｃｈＢｅａｒｉｎｇ
朱琳张钢倪晓艇刘飞裴旷怡支汉立
（上海大学机电工程与自动化学院轴承研究所，上海２０００７２）
摘要：由于变桨轴承变桨速度非常慢，分析变桨轴承只需分析其在静态下的受力情况。应用滚动轴承负荷分布理论，对双排四点接触球转盘轴承的两排钢球在轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩作用下的负荷分布进行了计算，叠加得到每排钢球在三种栽荷综合作用下的负荷分布情况以及每个钢球承受的栽荷值，确定受载最大钢球的位置。分析初始接触角，内、外沟曲率半径系数，钢球个数与钢球直径组合对负荷分布的影响，并对变桨轴承的强度进行校核分析。

风力机变桨轴承热力学分析

———————————————收稿日期：2017－03－28基金项目：国家自然科学基金（51365031）；风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室开放基金（201607）风力机变桨轴承热力学分析魏瑞涛，岑海堂*，田文良，孙亮（内蒙古工业大学机械学院，呼和浩特 010051）摘要：变桨轴承是确保风力机变桨机构正常稳定运行的关键部件。

针对风力机变桨轴承的因摩擦升温而导致的轴承老化和磨损问题，建立风力机变桨轴承的三维模型，并对轴承模型进行热力学仿真分析。

仿真结果显示，风力机稳态运行时，变桨轴承的下滚道比上滚道平均温度要高；当摩擦系数从0.02增长到0.1时，轴承的最高温度大幅度上升；在温度场和载荷同时存在的情况下，对比只施加载荷的情况，轴承所受最大应力大了约三倍。

该研究对于提高风力机变桨轴承的可靠性、完善变桨轴承设计方法具有参考价值。

关键词：风力机；变桨轴承；磨损；热力学分析中图分类号：TG111.3文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.10.002文章编号：1006－0316 (2017)10－0008－06Thermodynamic Analysis of Wind Turbine Bearing WEI Ruitao ，CEN Haitang ，TIAN Wenliang ，SUN Liang( College of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China ) Abstract ：Pitch bearing is the key component to ensure the normal and stable operation of wind turbine propeller mechanism. In view of the problem of bearing aging and wear caused by friction heating of wind turbine pitch bearings, a three-dimensional model of wind turbine pitch bearing is established, and the bearing model is simulated and analyzed by thermodynamics. The simulation results show that the average temperature of the lower raceway of the pitch bearing is higher than the upper raceway when the wind turbine is in steady operation. When the friction factor increases from 0.02 to 0.1, the maximum temperature of the bearing rises substantially. When the temperature field and load exist simultaneously, the maximum stress of the bearing is about 3 times compared with the case of loading only. It has reference value for improving the reliability of wind turbine pitch bearing and improving the design method of pitch bearing.Key words ：wind turbines ；pitch bearing ；wear ；thermodynamic analysis近些年，随着国家的大力扶持和风力机科技的不断发展，对风力机设计和使用的要求不断地提高，这对轴承的性能要求来说是个严峻的挑战。

风力发电机组轴承的运动学与动力学分析

风力发电机组轴承的运动学与动力学分析引言：风能作为一种清洁、可再生的能源，正得到越来越广泛的关注与应用。

而其中的关键设备之一就是风力发电机组，它负责将风能转化为电能。

而在整个发电机组中，轴承作为连接叶轮和发电机箱体的重要部件，对于整个系统的运行稳定性和寿命起着至关重要的作用。

在本文中，我们将会对风力发电机组轴承的运动学与动力学进行详细分析。

一、风力发电机组轴承的类型和工作原理风力发电机组轴承的类型多种多样，常见的包括球轴承、滚子轴承和滑动轴承等。

其工作原理是通过轴承的滚动或滑动来减小叶轮与发电机箱体之间的摩擦力，从而降低能源转化过程中的能量损耗。

二、风力发电机组轴承的运动学分析风力发电机组轴承的运动学分析主要涉及轴承的运动路径、速度和加速度的计算与分析。

在实际应用中，主要通过传统的运动学方法和现代的计算机模拟技术来完成。

1. 运动路径的分析风力发电机组轴承的运动路径主要由风轮的旋转和叶轮的运动决定。

在分析过程中，需要考虑到叶轮的叶片数、叶片形状和叶片伸长角度等因素的影响。

2. 速度的计算与分析风力发电机组轴承的速度分析主要包括叶轮的线速度和轴承滚子或滑动面的速度。

对于叶轮的线速度计算，需要考虑到叶轮的直径和转速等参数；而对于轴承滚子或滑动面速度的计算，需要考虑到转速和轴承几何结构等因素。

3. 加速度的计算与分析风力发电机组轴承的加速度分析主要涉及到叶轮和轴承的加速度。

在实际应用中，需要综合考虑风力瞬变和受力矩的影响，通过数值模拟和实测数据进行分析和计算。

三、风力发电机组轴承的动力学分析风力发电机组轴承的动力学分析主要涉及到叶轮与轴承之间的力学关系、振动特性和动力响应等问题。

在整个分析过程中，需要考虑到风力的作用、轴承的结构特点和叶轮的质量分布等因素。

1. 力学关系的分析风力作为驱动叶轮转动的动力源，对风力发电机组轴承的工作状态具有重要影响。

在分析过程中，需要考虑到风力的大小、方向和位置等因素，并结合轴承的材料特性和受力情况进行全面分析。

风电轴承的动力学模态分析

风电轴承的动力学模态分析随着可再生能源的发展和应用，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛的关注和应用。

在风力发电系统中，风电轴承作为关键部件之一，起着支撑、传动和减少能源损耗的作用。

为了提高风力发电系统的可靠性和性能，对风电轴承进行动力学模态分析是非常重要的。

动力学模态分析是指对结构系统的或机械系统的自由振动和强迫振动进行分析和研究，以确定系统的振动特性、固有频率和振型等。

在风电轴承的动力学模态分析中，通常采用有限元方法对风电轴承进行建模并进行模态分析。

首先，进行有限元模型的建立。

有限元模型是指将连续的物体分割成有限个子域，通过有限个自由度的位移解析子域内部的位移场，并满足子域间位移的连续性和力的平衡，以求解结构系统的运动方程。

在风电轴承的动力学模态分析中，可以将轴承系统按照材料特性和几何形状进行离散化，建立相应的有限元模型。

其次，进行边界条件和材料参数的设定。

在进行有限元模型的建立时，需要确定合适的边界条件和材料参数。

边界条件是指维持系统平衡和限制系统自由度的条件，如固支条件、自由支承条件等。

材料参数是指轴承系统的材料特性，如材料的弹性模量、泊松比等。

合理设置边界条件和材料参数对动力学模态分析的准确性和可靠性至关重要。

然后，进行模态分析。

模态分析是通过求解系统的特征值问题，得到系统的固有频率、振型和振动模态等。

在风电轴承的动力学模态分析中，可以通过数值方法求解系统的特征值问题，得到风电轴承的固有频率和振型。

最后，进行模态分析结果的分析和评价。

在得到风电轴承的固有频率和振型后，需要对模态分析结果进行进一步的分析和评价。

通过对模态分析结果的分析，可以确定风电轴承的振动特性，判断系统是否存在共振问题，避免系统的振动干扰和损坏。

风电轴承的动力学模态分析对于优化轴承设计、提高风力发电系统的可靠性和性能具有重要意义。

通过动力学模态分析，可以确定合适的结构参数和材料参数，提高轴承的工作效率和寿命。

海上风力发电用轴承的轴向力分析

海上风力发电用轴承的轴向力分析随着可再生能源的快速发展，海上风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式得到了越来越多的关注。

在海上风力发电机组中，轴承是至关重要的组件之一。

它们承受着旋转运动带来的巨大轴向力，因此对轴承的轴向力进行准确的分析和评估至关重要。

本文将对海上风力发电用轴承的轴向力进行深入研究。

首先，我们需要了解什么是轴向力。

轴向力是作用在轴承上的沿轴线方向的力量。

它可能是由于风机叶片的旋转、阵风或者其他外力作用所产生的。

对于海上风力发电机组而言，由于海上环境的特殊性，风的力量可能更加剧烈，因此轴向力的分析尤为重要。

轴向力对轴承的影响主要有两个方面。

首先，过大的轴向力可能会导致轴承的磨损和损坏，减少其寿命。

其次，轴向力的存在可能会引起轴承的振动和噪音，进一步影响风力发电机组的效率和安全性。

因此，准确评估和控制轴向力对于轴承的正常运行至关重要。

为了计算海上风力发电用轴承的轴向力，我们首先需要确定风机叶片的受力情况。

风机叶片受到风力的作用，产生一个方向与风力相反的载荷。

叶片的载荷会通过风机主轴传递给轴承，形成轴向力。

风机叶片的受力分析需要考虑多个因素，包括风速、叶片形状、叶片长度、叶片材料等。

在风力发电行业中，有许多数学模型和工程方法可用于预测风机叶片的受力情况。

通过这些方法，我们可以确定叶片所产生的轴向力大小和方向。

除了叶片载荷，海上风力发电机组还需要考虑其他外力因素。

例如，风机塔筒和基础的重量会形成一个向上的轴向力，对轴承产生额外的压力。

此外，风机的运行过程中可能存在的振动和冲击也会在一定程度上引起轴向力的增加。

一旦我们了解了所有受力因素，我们可以通过应力分析的方法来计算轴承的轴向力。

这涉及到应用力学原理和轴承的物理特性。

根据轴承的材料和几何结构，我们可以计算出轴承在受到轴向力时的受力分布情况。

在计算轴向力时，我们还应该考虑轴承的摩擦和磨损。

摩擦力和轴向力之间的关系可以通过考虑轴承的接触角等参数来计算。

风力发电机组轴承的动力学分析与振动控制方法研究

风力发电机组轴承的动力学分析与振动控制方法研究风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置，其核心部件之一是轴承。

轴承在风力发电机组中承担着重要的作用，它不仅支撑着转子的运行，还承载着转子的重量和风力的负载。

因此，轴承的稳定性和寿命对于风力发电机组的运行和性能至关重要。

为了确保风力发电机组的可靠性和安全性，研究人员对风力发电机组轴承的动力学进行了深入的分析和研究，并提出了相应的振动控制方法。

这些研究旨在减小轴承振动，延长轴承寿命，提高风力发电机组的运行效率。

首先，动力学分析是研究风力发电机组轴承振动的重要手段之一。

通过建立风力发电机组的动力学模型，可以分析轴承的运动规律和振动特性。

其中，常用的方法包括有限元法、模态分析法和多体系统动力学方法等。

这些方法可以考虑轴承的结构特点和外界风力的作用，从而获得轴承的应力、位移和振动等参数，并进一步分析轴承的疲劳寿命和可靠性。

其次，振动控制是减小风力发电机组轴承振动的有效手段之一。

振动控制方法可以分为主动控制和被动控制两种。

主动控制是通过在轴承上添加控制器或执行器，对轴承进行主动干预，实现振动的控制和抑制。

常用的主动振动控制方法有反馈控制、前馈控制和模态控制等。

被动控制则是通过改变轴承的材料、结构或几何形状，来抑制或消除轴承的振动。

常用的被动振动控制方法有减振器、阻尼控制和减震控制等。

在风力发电机组轴承的动力学分析和振动控制研究中，研究人员还发现了一些振动源和振动特性。

风力发电机组轴承振动的主要源头包括风力的冲击、轴承的不平衡和非线性等。

这些振动源导致了轴承的共振现象和非线性振动等特性。

因此，研究人员通过对振动源和振动特性的深入研究，提出了相应的振动控制方法，以减小轴承振动并提高风力发电机组的稳定性和可靠性。

另外，随着风力发电技术的不断发展和进步，研究人员还将目光投向了新的领域，如智能控制和优化设计等。

智能控制是指利用先进的传感器和控制器，实现对轴承振动的实时监测和控制。

海上风力发电用轴承的摩擦学性能分析

海上风力发电用轴承的摩擦学性能分析摩擦学性能是海上风力发电系统中轴承的重要性能指标之一。

海上风力发电作为一种清洁、可再生的能源发电方式，在全球范围内得到了快速发展。

而轴承作为海上风力发电机组的关键组件之一，其性能对整个系统的可靠性、稳定性和效率起着至关重要的作用。

因此，对海上风力发电用轴承的摩擦学性能进行全面的分析和研究，对于提高系统的工作效率、减少能源损耗具有重要意义。

首先，海上风力发电用轴承的摩擦学性能直接影响着系统的转动灵活性和运行稳定性。

轴承的摩擦对转子的转动产生阻碍，并且也会导致能量损失。

因此，针对摩擦局部和轴承磨损情况的分析显得尤为重要。

通过对轴承的材料、结构、润滑方式等因素进行优化，可以降低摩擦损失，提高系统的效率和可靠性。

其次，要对海上风力发电用轴承的摩擦学性能进行分析，需要考虑海上环境的特殊性和轴承在其中的工作条件。

海上环境具有高湿度、高盐度、强风浪等特点，这对轴承的润滑和防腐蚀性能提出了更高的要求。

适当选择和改进轴承的润滑方式，以保证轴承在复杂的海上环境下仍能稳定运行，具有重要的意义。

另外，摩擦学性能分析还需要考虑轴承的摩擦系数、磨损情况和寿命等方面的指标。

摩擦系数是衡量轴承摩擦性能的重要参数之一，直接关系到系统的能源消耗和效率。

磨损情况则直接影响轴承的寿命和可靠性。

因此，通过对轴承的摩擦系数和磨损情况进行分析，可以为轴承的选型和使用提供重要的依据，降低系统的维护成本和停机损失。

在进行海上风力发电用轴承摩擦学性能分析时，还需要考虑到轴承的设计、制造和安装等因素。

轴承的几何形状、材料选择和制造工艺等对其摩擦学性能有直接影响。

合理的设计和制造可以减少轴承的摩擦损失和磨损，提高轴承的使用寿命和可靠性。

另外，安装工艺也是影响轴承性能的重要因素之一，需要保证轴承的正确安装和调整，以避免由于安装不当而导致的过早失效和故障。

最后，需注意对海上风力发电用轴承的摩擦学性能进行实验验证和模拟仿真。