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變槳軸承與輪毅連接螺栓是風(fēng)電機(jī)組最重要的連接螺栓之一，其安全性決定了整個(gè)風(fēng)機(jī)的安全性。由于載荷的復(fù)雜特性，變槳軸承與輪毅連接螺栓承受動(dòng)態(tài)載荷，在動(dòng)態(tài)載荷長(zhǎng)期作用下，該連接螺栓極易遭到疲勞破壞，因此為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性，必須對(duì)變槳軸承和輪毅連接螺栓進(jìn)行強(qiáng)度分析。行業(yè)規(guī)范為德國(guó)勞式船級(jí)社針對(duì)風(fēng)電行業(yè)提出的一個(gè)強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)明確指出需對(duì)結(jié)構(gòu)性螺栓進(jìn)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(fēng)電機(jī)組為例，使用有限元方法和理論方法對(duì)該連接螺栓在某極限工況下進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，同時(shí)基于GL規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該連接螺栓進(jìn)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(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。變槳軸承所受的力較為復(fù)雜，但總的說(shuō)來(lái)分為軸向F、徑向力，傾覆力矩及扭矩。對(duì)于變槳軸承與輪毅連接螺栓來(lái)說(shuō)，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(duì)于螺栓的強(qiáng)度分析來(lái)說(shuō)，除對(duì)其極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行分析之外，接觸面是否發(fā)生滑移也要進(jìn)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(jiǎn)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(duì)稱性，研究取三分之一的風(fēng)輪作為研究對(duì)象，整個(gè)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(shí)體建模，其中輪毅網(wǎng)格為Solid187單元，其余實(shí)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(lái)分別模擬墊片壓緊和螺紋的作用，軸承滾珠通過(guò)link180單元的受壓不受拉的特性來(lái)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(diǎn)，通過(guò)載荷傘將載荷傳遞到葉根。整個(gè)有限元模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)為746756，單元數(shù)為271909。根據(jù)實(shí)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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