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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，但總的說來分為軸向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(duì)于螺栓的強(qiáng)度分析來說，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(diǎn)，通過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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