一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法与流程

1.本发明涉及仿真模拟技术领域，更进一步涉及一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法。


背景技术：

2.变桨轴承是风力发电机组中的重要零部件之一，其受力情况直接影响着整机的安全性，而变桨轴承的受力计算是基于有限元进行。近年来，随着风力发电机机组容量不断增大，开发中存在变桨球轴承设计瓶颈，变桨轴承滚道寿命不能满足设计(20年)需求以及变桨轴承套圈损伤不能满足要求的问题。
3.需要开发新型变桨轴承/系统，主要解决套圈环向应力过高导致变桨轴承失效的问题和变桨轴承边缘压溃(椭圆截断超限)导致变桨轴承滚道失效的问题。随着这种情况的突出，采用三排柱变桨轴承替代传统的球轴承是势在必行，由此就需要研究分析三排柱轴承的受力情况。球轴承变桨轴承的分析及计算已经很成熟，但是三排柱变桨轴承分析计算还处于摸索阶段，现在并无此技术。以往双排滚柱轴承的分析不考虑滚柱修型，以此造成的结果误差是不可估计的。
4.对于本领域的技术人员来说，如何更加准确地分析三排柱轴承的受力情况，是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法，能够更加准确地分析三排柱轴承的受力情况，具体方案如下：
6.一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法，包括：
7.建立三排柱变桨轴承的三维模型，所述三维模型包括轴承内圈、轴承外圈、两圈轴向滚柱、一圈径向滚柱；
8.将每个所述轴向滚柱和每个所述径向滚柱划分为n个弹簧单元，n≥7；各个所述弹簧单元分别与所述轴承内圈、所述轴承外圈之间的初始间隙根据所述轴向滚柱和所述径向滚柱各自外形独立设定。
9.可选地，所述轴承外圈包括相互独立的轴承上外圈和轴承下外圈，所述轴承上外圈包括分别独立划分网格的第一上外圈和第二上外圈；所述第一上外圈接触所述轴向滚柱，所述第二上外圈接触所述径向滚柱；
10.所述第一上外圈划分的网格数量与所述轴向滚柱划分的网格数量呈整数倍关系；所述第二上外圈划分的网格数量与所述径向滚柱划分的网格数量呈整数倍关系。
11.可选地，所述轴承内圈与叶片、所述轴承上外圈与所述轴承下外圈、所述轴承下外圈与轮毂，均采用标准接触，其中摩擦系数均为0.3。
12.可选地，所述轴承内圈包括分别独立划分网格的第一内圈和第二内圈；所述第二内圈为环形，其外侧设置用于容纳所述径向滚柱的凹槽；所述第一内圈接触所述轴向滚柱；
13.所述第一内圈划分的网格数量与所述轴向滚柱划分的网格数量呈整数倍关系；所述第二内圈划分的网格数量与所述径向滚柱划分的网格数量呈整数倍关系。
14.可选地，所述第一上外圈和所述第二上外圈采用mpc接触；
15.所述第一内圈和所述第二内圈采用mpc接触。
16.可选地，所述轴向滚柱和所述径向滚柱划分的所述弹簧单元采用combin39单元，所述设置弹簧单元为仅受压状态。
17.可选地，所述轴承内圈对应设置的内圈螺栓和所述轴承外圈对应设置的外圈螺栓分别采用beam188单元及beam4单元，其中螺杆部分采用beam188单元，螺纹段采用beam4单元。
18.可选地，所述轴承内圈的内壁设置的内圈啮合齿单独划分网格，所述内圈啮合齿与所述轴承内圈采用mpc接触。
19.可选地，所述轴承内圈与垫片、所述轴承外圈与垫片均采用绑定接触。
20.本发明提供一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法，建立三排柱变桨轴承的三维模型，三维模型包括轴承内圈、轴承外圈、轴向滚柱、径向滚柱；两圈轴向滚柱和一圈径向滚柱均位于轴承内圈和轴承外圈之间；本发明将每个轴向滚柱和每个径向滚柱划分为n个弹簧单元，n≥7；各个弹簧单元分别与轴承内圈、轴承外圈之间的初始间隙根据轴向滚柱和径向滚柱各自外形独立设定，也即各个弹簧单元分别与轴承内圈、轴承外圈之间的间隙并不完全相同，滚柱在滚道中的受力情况受载荷、滚柱形状等各方面的影响，采用此单元划分结构能够真实反映滚柱在滚道中的受力情况，正确模拟滚柱及所在区域的有限元传力路径，从而更加准确地分析三排柱轴承的受力情况。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为三排柱变桨轴承仿真模型的局部断面的剖面示意图；
23.图2为三排柱变桨轴承仿真模型的局部断面的剖面网格图；
24.图3为三排柱变桨轴承仿真模型的局部断面轴测示意图。
25.图中包括：
26.轴承内圈1、第一内圈11、第二内圈12、轴承外圈2、轴承上外圈21、第一上外圈211、第二上外圈212、轴承下外圈22、轴向滚柱3、径向滚柱4、内圈啮合齿5。
具体实施方式
27.本发明的核心在于提供一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法，能够更加准确地分析三排柱轴承的受力情况。
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的三排柱变桨轴承仿真模拟方法做进一步详细的介绍说明。
29.本发明提供一种三排柱变桨轴承仿真模拟方法，包括如下过程：
30.建立三排柱变桨轴承的三维模型，三维模型包括轴承内圈1、轴承外圈2、两圈轴向滚柱3、一圈径向滚柱4。结合图1、图2、图3，其中的轴承内圈1和轴承外圈2是两个独立的结构，在轴承内圈1和轴承外圈2之间设置两圈轴向滚柱3和一圈径向滚柱4，轴向滚柱3用于承受轴向作用力，径向滚柱4用于承受径向作用力；两排轴向滚柱3位于相同的轴线上。每圈轴向滚柱3和每圈径向滚柱4分别包含多个独立设置的滚柱，由多个滚柱相互配合共同承受轴承内圈1和轴承外圈2之间的作用力。图1中上下方向为轴向，左右方向为径向。
31.将每个轴向滚柱3和每个径向滚柱4划分为n个弹簧单元，n≥7；各个弹簧单元分别与轴承内圈1、轴承外圈2之间的初始间隙根据轴向滚柱3和径向滚柱4各自外形独立设定。轴向滚柱3和径向滚柱4均用于承受轴承内圈1和轴承外圈2之间的压力，每个滚柱分别独立地划分为若干弹簧单元，各个弹簧单元均受到挤压力。
32.结合图1，两排轴向滚柱3用于承受轴向作用力，轴向滚柱3的各个弹簧单元按照横向排列；径向滚柱4用于承受径向作用力，径向滚柱4的各个弹簧单元按照竖向排列。
33.本发明构建的三排柱变桨轴承仿真模型将轴向滚柱3和径向滚柱4考虑了滚柱自身的修型，各个弹簧单元独立地设定与轴承内圈1、轴承外圈2之间的初始间隙，也即各弹簧单元的初始间隙可能相等也可能不相等，而传统的不考虑滚柱修型的方式则将滚柱视为标准圆柱，各个位置的间隙完全相等。本发明构建的模型充分地考虑了滚柱修型的因素，设定弹簧单元时将其作为初始条件，当轴向滚柱3和径向滚柱4受到挤压时，因各个弹簧单元的初始的间隙并不完全相等，受到挤压后的刚度变化也不完全一致，能够真实地模拟出滚柱的受力状态，正确模拟滚柱及所在区域的有限元传力路径，从而更加准确地分析三排柱轴承的受力情况。
34.在上述方案的基础上，结合图1，轴承外圈2包括相互独立的轴承上外圈21和轴承下外圈22，轴承外圈2由两个分体式的结构组合形成，分别为轴承上外圈21和轴承下外圈22，两者并非一个整体结构；而轴承上外圈21和轴承下外圈22各自为整体式结构。
35.轴承上外圈21包括分别独立划分网格的第一上外圈211和第二上外圈212，第一上外圈211和第二上外圈212共同组成一个整体式的轴承上外圈21，第一上外圈211和第二上外圈212仅在划分网格时进行网格划分，但第一上外圈211和第二上外圈212组成的轴承上外圈21是一个整体结构。
36.第一上外圈211接触轴向滚柱3，第二上外圈212接触径向滚柱4；第一上外圈211承受轴向滚柱3的作用力，第二上外圈212承受径向滚柱4的作用力。
37.通常情况下，轴向滚柱3和径向滚柱4的数量并非整数倍，将轴承上外圈21分为两个部分独立划分网格，为避免引起网格划分问题，本发明将第一上外圈211划分的网格数量与轴向滚柱3划分的网格数量呈整数倍关系；第二上外圈212划分的网格数量与径向滚柱4划分的网格数量呈整数倍关系。
38.具体地，本利用中轴承内圈1与叶片、轴承上外圈21与轴承下外圈22、轴承下外圈22与轮毂，均采用标准接触，其中摩擦系数均为0.3。上述三个接触关系均采用标准接触，需要在有限元仿真软件中加以设定。
39.轴承内圈1包括分别独立划分网格的第一内圈11和第二内圈12；第二内圈12为环形，其外侧设置用于容纳径向滚柱4的凹槽，也即第二内圈12接触径向滚柱4；第一内圈11接触轴向滚柱3；第二内圈12承受径向滚柱4的作用力，第一内圈11承受轴向滚柱3的作用力。
40.通常情况下，轴向滚柱3和径向滚柱4的数量并非整数倍，将轴承上外圈21分为两个部分独立划分网格，为避免引起网格划分问题，第一内圈11划分的网格数量与轴向滚柱3划分的网格数量呈整数倍关系；第二内圈12划分的网格数量与径向滚柱4划分的网格数量呈整数倍关系。
41.具体地，第一上外圈211和第二上外圈212组成一个整体式的轴承上外圈21，第一内圈11和第二内圈12组成一个整体式的轴承内圈1，因此本发明中的第一上外圈211和第二上外圈212采用mpc接触；第一内圈11和第二内圈12采用mpc接触；接触形式需要在有限元仿真软件中加以设定。
42.轴向滚柱3和径向滚柱4划分的弹簧单元采用combin39单元，设置弹簧单元为仅受压状态。combin39单元是一个具有非线性功能的单向单元，可以对此单元输入广义的力-变形曲线。
43.轴承内圈1通过内圈螺栓实现连接固定，轴承外圈2通过外圈螺栓实现连接固定，轴承内圈1对应设置的内圈螺栓和轴承外圈2对应设置的外圈螺栓分别采用beam188单元及beam4单元，其中螺杆部分采用beam188单元，螺纹段采用beam4单元。
44.轴承内圈1的内壁设置的内圈啮合齿5单独划分网格，内圈啮合齿5与轴承内圈1采用mpc接触。内圈啮合齿5与轴承内圈1为一体式结构；接触形式需要在有限元仿真软件中加以设定。
45.轴承内圈1与垫片相互接触，轴承外圈2与垫片相互接触，因此轴承内圈1与垫片采用绑定接触，轴承外圈2与垫片采用绑定接触。接触形式需要在有限元仿真软件中加以设定。
46.本发明弥补了现有三排柱变桨轴承建模的空白，补充了现有技术在滚柱轴承建模时的不足。本发明考虑了滚柱的修型，使得滚柱受力更加准确，完善了三排柱变桨轴承细节建模方式，建立了轴承传递的正确方式，使得变桨轴承计算时有限元结果更加可靠、可信。
47.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。